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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus Permanentmagneten zur insbesondere auf magnetischen Anziehungs- und Absloßungskräflen beruhenden Relativbewegung eines ersten und eines zweiten Bauelementes zueinander.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfach aufgebaute Antriebsanordnung und ein besonders einfaches Verfahren zur Erzeugung einer Relativbewegung anzubieten.

Diese Aufgabe wird für die Antriebsanordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und für das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen für die Anordnung werden durch die Unteransprüche 2 - 10 realisiert.

Bei den sogenannten Permanent-Magnet-Motoren handelt es sich insbesondere um Vorrichtungen, die mechanische Arbeit verrichten können, indem sie die in den Permanentmagneten vorhandene Energie umwandeln. Dies erfolgt insbesondere durch Drehen der Polumkehr- Magnete, die im Weiteren auch Umpolmagnete genannt werden, um 180 Grad relativ zu den statischen Magneten. Bevorzugt erfolgt dies in einer weitgehend „neutralen Zone" des sich zwischen diesen ausbildenden Magnetfeldes. Die aufgrund des Magnetfeldes auftretenden Anziehungsund Abstoßungskräfte bewirken damit eine Relativbewegung zwischen den Polumkehr- und den statischen Magneten.

Den Polumkehr-Magneten gegenüberliegend sind statischen Magnete zugeordnet, wobei die Magnete vorzugsweise zylindrische Form besitzen und in Längs-Richtung polarisiert sind. Daraus resultiert, dass die Magnete an der zylindrischen Mantel-Fläche zur Hälfte NORD und zur Hälfte SüD polarisiert sind.

Die Magnete können sowohl im Durchmesser als auch in der Höhe variabel der Verwendung entsprechend gewählt werden.

Die Dreh- oder Längsbewegung eines Permanent-Magnet-Motors erfolgt durch Polumkehr der Poiumkehr-Magnete um 180 Grad beim Ereichen der neutralen Stellung NORD-SüD oder SüD-NORD mit den gegenüberliegenden statischen Magnete.

Durch diese Drehung der Polumkehr-Magnete wird eine äbstosskraft und bei Annäherung zu nächsten Station (Permanent-Magnet) eine Anzugskraft erzeugt. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend.

Die Drehung dieser Magnete erfolgt schrittweise fortlaufend wahlweise durch verschiedene Steuerungsarten.

Durch die gewählte Anordnung erfolgt das Drehen der Magnete in einen weitgehend neutralen Magnetfeld.

Die Polumkehr-Magnete können sowohl am Gehäuse und wahlweise auch auf dem Rotor oder Schlitten positioniert werden. Die statischen Magnete werden den Polumkehr-Magnete gegenüberliegend positioniert. Zum Antrieb der drehbar gelagerten Polumkehr-Magnete werden Zahnräder, Zahnriemen und/oder Zahnstangen verwendet.

Die eine Motoreinheit bildenden Bauteile sind im Allgemeinen baugleich und können der gewünschten Leistung entsprechend erweitert werden.

AIIe zur Motor-Erweiterung verwendeten Bauteile werden durch Zahnräder oder Zahnstangen getaktet.

Die Poiwechsel-Magnete können sowohl am statischen Teil des Motors gelagert, aber auch auf den Rotoren oder Schütten positioniert und gelagert sein.

Beim Verfahren zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen ziehen sich mindestens zwei Magnete mit NORD-SüD Polarisierung gegenseitig an und stoßen sich durch Polwechsel in der weitgehend neutralen Zone gegenseitig ab.

Die verwendeten Magnete sind in der Längsrichtung Nord-Süd polarisiert und in runder Ausführung. Die Wirkrichtung der Magnete ist entweder die Mantelfläche am Umfang oder die Kreisfläche der Polumkehrmagnete, die zu den Mantelflächen am Umfang der statischen Magnete ausgerichtet sind.

Die zum Betrieb notwendigen Polwechsel können mittels Servomotoren durchgeführt werden.

Bei diesem Verfahren werden die Poiwechse! durch elektrische Schrittmotoren, Rotationsgetriebe oder Schritt-Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe durchgeführt.

. Der Strombedarf kann - zumindest teilweise - während des Betriebes durch einen Generator erzeugt, welcher mit einer Starter- und Pufferbatterie verbunden sein kann.

Dadurch verfügt man über universell einsetzbare Permanent-Maqnet- Motore, die stationär oder mobil genutzt werden können.

Die Anordnung kann beispielsweise als RPMM (Rotor-Permanentmagnet- Motor) mit statischen Magneten auf dem Rotor, Polwechsel-Magnete am Außenmantβi und der Steuerung der Polwechsel durch Schrittmotoren ausgeführt sein. Bei der Ausführung als RPMM wird die durch Abstoßung und Anziehung der Magnete entstehende Bewegung in eine Rotationsbewegung, d.h. in eine rotatorische Relativbewegung umgewandelt. Eine Leistungssteigerung des RPMM kann durch

Vergrößern des Rotordurchmessers oder durch Verwendung stärkerer Magnete erfolgen.

Auch kann die Anordnung als LPMM (Linear-Permanentmagnet-Motor) mit statischen Magneten am Außenmantel, Polwechsel-Magnete auf dem Schlitten oder Rotor ausgebildet sein. Vorteilhafterweise erfolgt die Steuerung der Polwechsel durch Rotation-Taktgetriebe. Bei der Ausführung als LPMM entsteht durch Abstoßung und Anziehung der Magnete eine lineare bzw. translatorische Relativbewegung.

Des Weiteren kann die Anordnung als LPMM mit statischen Magneten im Paket von beispielsweise je 5 Magnete am Träger montiert und die Polwechsel-Magnete auf dem Schlitten montiert sein. Auch können bei einem RPMM Poiwechsel-Magnete auf dem Rotor mit jeweils 2 Magneten vorhanden sein, wobei die Kreisflächen den statischen Magneten zugewandt sind.

Die Steuerung der Polwechsel kann durch eine Zahnstange, gesteuert durch ein Hubgetriebe, verbunden mit Schrittmotor oder Schritt-Umkehr- Getriebe erfolgen.

Auch kann die Anordnung als LPMM mit am Träger in Paketen zu beispielsweise je 5 Magneten montierten statischen Magneten oder als

RPMM mit Polwechsel-Magneten auf dem Schlitten oder Rotor im Zentrum von je 4 statischen Magnet-Paketen ausgeführt sein.

Darüber hinaus kann die Anordnung als RPMMG (Rotor- Permanentmagnet-Motor-Generator) ausgeführt sein, wobei die 5'er-Pack Magnete mit Kupferwicklung als Spule ausgebildet sein können. Dabei wird durch die Rotation der Polumkehr-Magnete Strom in den Spulen erzeugt.

Die Steuerung der Permanent-Magnet-Motoren kann durch einen Schritt- öder Servo-Motor erfolgen. Auch ist es möglich die Motoren durch Rotation-Takt-Getriebe oder durch Schritt- oder Servo-Motor mit Hubgetriebe zu steuern. Die Steuerung mit Schritt-Motor mit Hub-Getriebe kann durch elektronische Schrittfolge-Zuordnung der im Permanent- Magnet-Motor jeder Station zugeordneten Schritt-Motoren erfolgen. Alternativ hierzu ist die Steuerung durch Servo-Motoren mit Hub-Getriebe durch induktive Sensoren für das Ein- und Ausschalten der Servo-Motoren in Abhängikeit der Rotorbewegung (RPMM) oder Schlittenbewegung (LPMM) möglich. Die Schritt- oder Servo-Motoren können insbesondere mit jedem Schritt 45 Grad drehen. Diese Drehung kann dann durch die Zahnrad-übersetzungen der Motoren zu den Zahnrädern von Exzenter- Weilen im Verhältnis 1 :2 auf 90 Grad Drehung erhöht werden.

Auch ist eine Steuerung des Permanent-Magnet-Motor durch ein Schritt- Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe möglich.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Rotor-Permanentmagnet-Motors (kurz RPMM) mit zwei Rotor-Scheiben ais Träger der statischen Magnete;

Fig. 2 eine Draufsicht entlang des Schnittes A-B des RPMM aus Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Querschnitt des RPMM aus Fig. 1 mit einer anderen Steuerung;

Fig. 4 einen vergrößerten Teiischnitt der Fig. 3 mit Zuordnung der Magnet- Polarität;

Fig. 5 eine Draufsicht entlang des Schnittes C-D des RPMM aus Fig. 3;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Steuerscheibe mit verstellbaren induktiven Sensoren aus Fig. 3;

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Linear-Permanent-Magnet-Motor (kurz LPMM) mit feststehenden Magneten am Außenmantel und geschalteten Magneten auf dem Schlitten;

Fig. 8 einen Querschnitt des LPMM aus Fig. 7;

Fig. 9 zwei Lagersäulen mit Zahnradantrieb für die Magnete aus Fig. 7;

Fig. 10 zwei Rotations-Taktantriebe auf zwei Ebenen in einer Schnittdarstellung;

Fig. 1 1 eine Teildraufsichi auf einen LPMM ohne Schlitten, mit drei Rotationstaktgetrieben und Steuerleiste;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Schaltpunktes bei einem LPMM;

Fig. 13 einen Teilausschnitt einer Draufsicht auf einen RPMM mit zweifachem Wirkkreis auf dem Rotor;

Fig. 14 einen Teilquerschnitt des RPMM aus Fig. 13 mit einem Rotationstaktgetriebe;

Fig. 15 eine vergrößerte Teildarsteüung aus Fig. 14 mit Darstellung der Feineinstellung der Schaltnocken zum Steuern des Rotationstaktgetriebes;

Fig. 16 einen Teilschniii eines RPMM mit durch eine Welle und Zahnrad im Gehäuse drehbar gelagerten polumschaltbaren Magneten;

Fig. 17 ein Teilausschnitt eines Rotor-Permanent-Magnet-Motor- Generators (kurz RPMMG) mit als Spule ausgebildeten statischen Magneten;

Fig. 18 zwei Schritt-Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe im Teilschnitt zur Steuerung eines LPMM;

Fig. 19 ein Schalt-Schema für das Schritt-Umkehr-Getriebe aus Fig. 18;

Fig. 20 einen Teillängsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer ersten Schalteinheil;

Fig. 21 einen Teillängsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer zweiten Schalteinheit;

Fig. 22

ein Teilauschnitt eines Rotor-Permanent-Magnet-Motor (kurz RPMM);

Fig 23

Eisen-Zunge mit Halter (157 + 158) zwischen den Polwechsel-Magneten

positioniert Fig. 22;

Rg, 24

Anordnung wie in Fig. 22 Eisen-Zunge jedoch mit elektr. Wicklung aus Kupferlackdraht;

Fig. 24ä

Detail Querschnitt der Fig. 24;

Fig. 25

Darstellung einer Taktfolge der Polumkehr-Magnete mit Eisen-Zunge und Rotor- Magnete;

Fig. 28

Bei dieser Fig. 26 gelten die gleichen Parameter wie Fig. 25 jedoch mit elektr. Wicklung aus Kupferlackdraht auf der Eisen-Zunge;

Fig. 27

ein Teil-Querschnitt als Draufsicht nach Fig. 22;

Fig. 28

der Querschnitt eines RPMM mit statischen Magnete auf dem Rotor und Polwechsel-Magnete an den Außen-Stationen (69) im Längs-Schnitt nach Fiα. 22.

Identische Bauteile wurden in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die magnetische Polarisation der Permanentmagnete ist durch „N" für den magnetischen Nordpol und „S" für den magnetischen Südpol gekennzeichnet.

Bei den in Fig. 1 bis Fig. 6 dargestellten RPMfVI befinden sich die statischen Magnete auf dem Rotor und die Polwechsel-Maqnete am Außenmantel. Die Steuerung der Poiwechsel erfolgt durch Schrittmotoren.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines RPMM mit zwei Rotor-Scheiben als Träger der statischen Magnete. Die zum Betrieb notwendigen Polwechsei der im Außenmantel gelagerten Magnete werden durch Winkeicodierer und Schrittmotoren gesteuert.

Der RPMM besteht aus einer Grundplatte (1 ), weiche im Zentrum die Lagerung (2) und die Rotorachse (25) aufnimmt. Auf der Rotorachse (25) ist der Rotor (5 und 5a) sowie der Rotorträger (26) und die Schwungmasse (22) montiert. Der Rotor (5) mit Rotorfräger (26) und Rotor (5a) sowie das Zahnrad (21 ) sind durch Lager (3) und Freilauf (4) auf der Rotorachse (25) gelagert. Mit der Grundplatte (1 ) verbunden ist der Zentrierring (20). In diesem zentriert ist der Lagerring (8) angeordnet. Die Lagerringe (7, 8 und 9) sind jeweils durch die darunter liegenden Lagerringen zentriert. Der Lagerring (9) wird nach oben durch den Distanzring (10) und den Abschlussring (1 1 ) und dessen Dreipunkt- Lagerung mit der Lagerbuchse (23) abgeschlossen. Der Abschlussrinq (1 1 ) mit Dreipunkt-Lagerung der Lagerbuchse (23) nimmt die Rotorachse (25) auf. Die Rotorachse (25) trägt als Kraftabtrieb das Zahnrad (24).

Die Rotoren (5 und 5a) sind am Außendurchmesser auf der Ober- und Unterseite mit den Magneten (19) mit jeweils 8 Stück versehen. Diese Magnete sind mit 45 Grad am Umfang angeordnet. Die Lagerringe (6, 7, 8, 9) sind jeweils mit sechs Lagerungen mit 80 Grad Teilung am Umfang

angeordnet. Diese sind zu Aufnahme der Magnete (18) mit Weilen (27) und Zahnräder (17) vorgesehen. Das Zahnrad (21 ) steht im Eingriff mit dem Zahnrad (12) der Welie (13) der Flexkupplung (14) zum Antrieb des Winkelcodierers (15) mit Lagergehäuse (28).

Der Winkeicodierer (15) steuert die sechs Schrittmotoren (16) paarweise gegenüberliegend. Die Wellen der Schrittmotoren (16) sind durch flexible

Kupplungen (29) mit den Wellen (27) des Lagerringes (9) gekoppelt. Die Zahnräder (17) des Lagerringes (9) stehen im Eingriff mit den darunter liegenden Zahnräder (17) der Lagerringe (8. 7. 6). Auf der Rotorachse (25) gelagert ist die Schwungmasse (22) mit Rotor (5) und Rotoraufnahme für Rotor (5a) sowie Zahnrad (21 ).

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht entlang des Schnittes A-B aus Fig. 1. Die Rotorachse (25) gelagert in der Dreipunkt Lagerbuchse (23) und dem Abschlussring (1 1 ). Auf der Rotorachse gelagert ist, wie in Fig. 1 dargestellt, die Schwungmasse (22) der Rotorträger (26) mit Rotor (5a). An der Dreipunkt Lagerung (1 1 ) befestigt ist das Lagergehäuse (28) zur Aufnahme der Welie (13). Am Rotor (5a) mit Teilung 45 Grad sind die statischen Magnete (19) auf der Ober- und Unterseite gegenüberliegend befestigt.

Als Teilschnitt des Lagerringes (8) sichtbar ist die Weile (27) mit Zahnrad

(17) und Magnet (18). Mit Teilung 60 Grad am Umfang sind 6 Schrittmotoren zum Drehen der Wellen (27) mit Zahnrad (17) und Magnet

(18) vorhanden.

Die Anordnung besteht aus zwei Rotoren (5 u. 5a) mit fest angeordneten Permanent-Magnete (19), am Umfang auf der Ober- und Unterseite gegenüberliegend, mit gleicher Teilung 45 Grad. Die statischen

Rotormagnete (19) sind im Wechsel NORD-SüD, SüD-NORD am Umfang angeordnet.

Die getakteten Magnete (18) sind am Umfang der Lagerringe (8-9) auf gleicher horizontaler Ebene den Rotor- Magnete (19) gegenüberliegend, jedoch mit 60 Grad Teilung angebracht. Diese Magnete (18) sind im Lagerring drehbar, übereinander gelagert und durch Zahnräder (17) verbunden, so dass der Polwechsel dieser Magnete durch Drehen der Wellen (27) um 180 Grad erreicht wird. Auch diese Magnete (18) haben zylindrische Form, mit der N-S Polarisierung in Längsrichtung.

Es sind acht statischen Magnete (19) mit 45 Grad Teilung auf den Rotoren (5 u. 5a) auf Ober- und Unterseite gegenüberliegend angeordnet. Diese Magnete (19) sind im Wechsel N-S, S-N auf der Ober- und Unterseite der Rotoren (5 und 5a) befestigt.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des RPMM aus Fig. 1 mit einer im Vergleich zu Fig. 1 anderen Steuerung. Die Steuerung erfolgt hier durch induktive Sensoren. Das Zahnrad (21 ), im Eingriff mit Zahnrad (12), setzen die Wellen (13a) in Drehung. Die Welle (13a) ist gelagert im Lagergehäuse (28a), mittels Lager (33) und Rückiaufsperre (32).

Auf der Welle (13a) befestigt sind die Schaltscheibe (38) und der Verstellarm (31 ) mit Lagerung. Im Verstellarm (31 ) angeordnet sind drei induktive Sensoren (30). Ein Gelenk (37), wie in Fig. 6 dargestellt, weist eine Verstellspindel (34) und ein Kugelgelenk (35) auf. Am Lager- Gehäuse (28a) befestigt ist der Ausleger (39), zur Aufnahme des Kugelgelenkes (35). Auf der Schaltscheibe (38), sind die Schalfnocken (15a) angeordnet.

Fig, 4 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt der Fig. 3 mit Zuordnung der Magnet-Polarität. Aus dieser Zeichnung ist die Anordnung der Polumkehr- Magnete (18) und der statischen Magnete (19) ersichtlich. Die Magnete (18 und 19) befinden sich gegenüberliegend am Schaltpunkt, vor dem Polwechsel der Magnete (18). Die Polarität der Magnete (18 und 19) ist durch die jeweilige Beschriftung ersichtlich: Die Bezeichnung „N" entspricht dem magnetischen Nordpol und die Bezeichnung „S" dem magnetischen Südpol.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht entlang des Schnittes C-D des RPMM aus Fig. 3. Hierbei entspricht Fig. 5 in Teilen der Fig. 2, jedoch mit einer Welle (13a), einem Schaltnocken (15a) und einem Lagergehäuse für die Schaltscheibe (28a).

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf die Steuerscheibe mit verstellbaren induktiven Sensoren aus Fig. 3. Auf der Schaltscheibe (38) sind die Schaitnocken (15a) angeordnet. Auf der Welle (13a) gelagert ist der Verstellarm (31 ) mit drei induktiven Sensoren (30), sowie Gelenk (37), Versteüspindei (34) und Kugelgelenk (35). Im Kugelgelenk (35) gelagert ist die Verstellmutter (36). Am Lagergehäuse (28a) befestigt ist der Ausleger (39), dieser ist Festpunkt zur Aufnahme des Kugelgelenkes (35).

In den in Fig.1 bis Fig. 6 dargestellten RPMM erfolgt die Steuerung der Polumkehr-Magnete (18) durch Schritt- oder Servo-Motoren. Diese Steuerung läuft folgendermaßen ab:

Die Polumkehr-Magnete (18) werden zunächst relativ zu den statischen Rotormagnete (19) entsprechend ihrer Polarisation ausgerichtet. Nach Einschalten der Steuerung und Lösen des Fixierstifts (101 ) übernehmen die induktiven Sensoren (30) die Taktung der Schrittmotoren (16) paarweise gegenüberliegend. Der Rotor (5 und 5a) dreht sich, da die

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Polumkehr-Magnete (18) und die Permanent Magnete (19) einen Anzug und äbstoßungs-Zyklus wechselseitig durchlaufen.

Durch Drehen der Polumkehr-Magnete (18) um 180 Grad bei Erreichen der neutralen Zone wechselt die bisherige Anzugskraft in Abstoßkraft.

Als neutrale Zone wird diejenige Zone bezeichnet, in der die Polumkehr- Magnete (18) und die statische Magnete (19) mit Nord-Süd oder Süd-Nord Polarität gegenüber liegend positioniert sind.

Der Befehl der Steuerung zum Poiwechse! der Polumkehr-Magnete (18), erfolgt kurz vor Erreichen der neutralen Zone. Die 180 Grad-Drehung der Polumkehr-Magnete (18), ist bei Erreichen der neutralen Zone zur Hälfte, d.h. zu 90 Grad, erfolgt.

Durch Drehung der Polumkehr-Magnete (18) um 180 Grad, wird fortlaufend für jede Magnet-Paarung ein neuer Zyklus eingeleitet. Durch das Zahnrad (21 ) wird das im Eingriff stehende Zahnrad (12) sowie die Welle (13a) und mit ihr die Schaltscheibe (38) in Drehung versetzt. Auf dieser Schalfscheibe (38) angeordnet sind die Schaltnocken (15a) in drei verschiedene Durchmessern, denen jeweils ein induktiver Sensor (3) zugeordnet ist.

Durch diese Anordnung ist es möglich, alle im Lagerring (6-9) drehbar gelagerten Polwechsel-Magnete (18), durch Drehen um 180 Grad fortlaufend im Wechsel zur Abstossung oder Anziehung mit den am Rotor (5 und 5a) befestigten statischen Magnete (19) zu bringen.

Hierdurch wird der Rotor (5 und 5a) in Drehung versetzt. Diese Drehbewegung wiederum kann nach dem Prinzip eines Dynamos zur Erzeugung elektrischen Stroms genutzt werden.

Das Zahnrad (24) ermöglicht den Antrieb eines derartigen Dynamos zur Stromerzeugung. So ist es möglich, den zum Betrieb der Schritt-Motoren (16) benötigten Strom zum Drehen der Polwechsel-Magnete (18) - zumindest teilweise - selbst zu erzeugen.

Die Steuerung der sechs am Umfang des Lagerringes (9) angeordneten Schritt-Motoren (16) erfolgt paarweise gegenüberliegend durch Winkelcodierer (15).

Fig. 4 ist ein Teilschnitt der Fig. 3. In dieser Darstellung begegnen sich vier Magnet- Paare (18 und 19) am Schaltpunkt sowie vier Magnet-Paare (18 und 19) auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors (in Fig. 4 nicht dargestellt).

Auf Grund der Position der Polwechsel-Magnete (18) und der statischen Magnete (19) ist ersichtlich, dass die Anziehung den bewegungsneutralen Punkt erreicht hat. Durch Drehen der Welle (27) mit Zahnrad (17) im Lagerring (9) um 180 Grad erfolgt die Drehung aller unterhalb angeordneten Polwechsel-Magnete (18) in den Lagerringen (8, 7 und 6).

Alle 15 Grad des drehenden Rotors (5 und 5a) erfolgen zwei Impulse zum Umpolen der Polwechsel-Magnete (18). Bei 360 Grad ergeben sich 24 Umpolungen der Polwechsel-Magnete (18). Angesteuert werden jeweils zwei Schritt-Motoren, die um 180 Grad versetzt am Umfang des Abschlussringes (1 1 ) befestigt sind. Somit arbeiten jeweils zwei Motoren synchron.

Durch den Poiwechsel der Magnete (18), erfolgt die fortlaufende Drehung der Rotoren (5 und 5a). Durch Ausschalten der Steuerung für die Motoren (16) stoppt der Rotor (5 und 5a). Das Einschalten der Steuerung für die Motoren (16) bewirkt erneut die Rotation der Rotoren (5 und 5a). Für eine

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Rotorumdrehung werden drei Schait-Impulse benötigt. Diese erfoigen in Drehrichtung fortlaufend zu je zwei sich gegenüberliegenden Motoren

(16).

Für die beschriebenen Permanent-Magnet-Motor-Ausführungen ist der Polwechsel der Magnete (18) bei Erreichen der neutralen Zone die Voraussetzung für die Rotation des Rotors.

Durch Verstellen des Hebelarms (31 ) mittels Gelenk (37), Gewindestange (34) sowie der im Kugelgelenk (35) fixierten Stellschraube (36) in Fig. 6, - was einer Variation des Schaltpunktes entspricht - wird erreicht, den besten Wirkungsgrad des Permanent-Magnet-Motors einzustellen.

Fig. 7 zeigt eine Teildraufsicht auf einen LPMM mit feststehenden Magneten am Außenmantel und geschalteten Magneten auf dem Schlitten. Die magnetische Beeinflussung der statischen Magnete (19) und der Polumkehr-Magnete (18) führt zu einer linearen Bewegung entlang der in Fig. 7 dargestellten Pfeiirichtung. Somit wird eine translatorische Reiaiivbewegung der Schlitten-Platte (63) zu der Grundplatte (71 ) erzeugt. Ferner zeigt Fig. 7 Führungsweilen (40), Winkelträger (64) für Magnetwellen, Magnethalter (66), Magnet-Winkel- Schiene (67), eine Station (68), Magnetträger (69) für die statischen Magnete und einen Ausleger (70) des Magnetträgers für die statischen Magnete.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt des LPMM aus Fig. 7. Die beiden Ebenen von statischen Magneten (19) und Polumkehr-Magneten (18) stehen sich mit entgegengesetzter magnetischer Polarisierung gegenüber.

Fig. 9 zeigt zwei Laqersäulen mit Zahnradantrieb für die Magnete aus Fiq. 7 mit einem Verbindungsteil (72), Weilen für Magnethalter (73),

Synchronzahnrad (74), Zwischenrad (75), Winke! für Traverse (76) und einer Traverse (77).

Fig. 10 zeigt zwei Rotations-Taktantriebe auf zwei Ebenen in einer Schnittdarsteüung. Ein derartiges Rotations-Takt-Getriebe kann zur Steuerung eines RPMM oder LPMM dienen. In Fiq. 10 sind zwei Einheiten des Rotations-Takt-Getriebes dargestellt. Eine Einheit besteht aus zwei Wellen (43) und (54). Auf Weite I (43) gelagert ist das Taktrad I (47) und das Taktrad Il (46). Jedes Taktrad besitzt vier Speichen um 90 Grad versetzt. Sie sind auf Lücke montiert (45 Grad), so dass in der Ansicht ein Taktrad mit acht Speichen mit jeweils 45 Grad ersichtlich ist. Die beiden Räder sind jedoch in der Tiefe gestaffelt, sodass zu deren Betätigung zwei getrennte Bahnen mit Anschlag-Nocken (57, dargestellt in Fig. 1 1 ) notwendig sind.

Jeder Bahn ist ein Schalt-Zustand der Polumkehr-Magnete (18) zugeordnet. Daraus resultiert, dass die Stellung der Polumkehr-Magnete NORD und SüD jeweils einer Bahn zugeordnet sind. Eine Fehlschaltung ist somit nicht möglich.

Der Abstand der Anschlag-Nocken (57, dargestellt in Fig. 1 1 ) beträgt auf jeder Bahn zwei Schait-Längen. Diese sind zueinander um die Hälfte versetzt. Auf Weile ! gelagert ist das Zahnrad R1 (48), welches mit Zahnrad R2 (44) im Eingriff ist und die Welle Il (54) dreht. Die übersetzung R1 zu R2 ist 1 :2. Auf Welle Ii (54) gegenüberliegend befindet sich das Zahnrad R3 (41 ). Dieses steht im Eingriff mit Zahnrad R4 und überträgt die Drehung auf Zahnrad R5. Das Zahnrad R5 (53) überträgt seine Bewegung auf das in Fig. 9 dargestellt Zwischenrad (75). Somit werden alle darüber stehende Synchron-Zahnräder (74) und deren Weilen für Magnet-Halter (73) in Drehung versetzt (180 Grad), die auch in Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt sind.

Ferner zeigt Fig. 10 ein Kugellager (42), einen Steilring (45), ein Lager ! (49) für den Rotationstaktantrieb, ein Lager mit Rücklaufsperre (50), eine Welle II! (51 ) und ein Zahnrad IV (52).

Fig. 1 1 zeigt eine Teildraufsicht auf einen LPfVIlVI ohne Schütten mit drei Rotationstaktgetrieben und Steuerleisie. Es ist eine Nui (55) für Winkelträger, eine Steuerleiste (56), eine Druckplatte (58), ein Einstell- Schütz (59), Schrauben (60) zur Höheneinslellung, eine Führungsleiste (61 ) und ein Gewinde (62) für die Befestigung an der Schüttenplatte (63) dargestellt.

Fig. 12 zeigt eine schernatische Darstellung eines Schaltpunktes bei einem LPMM mit Polumkehrmagneten (18) und statischen Magneten (19) und den Positionen (201 ), (202), (301 ) und (302).

Der theoretische Schaitpunkt liegt beim ersten der statischen Magnete (19) in der neutralen Zone Nord-Süd (201 ).

Bei den linear bewegten Magneten (18) ist die Stirnfläche den statischen Magneten (19) gegenüberliegend angeordnet, wobei das Zentrum der Magnetfläche (302) mit der Position (201 ) der statischen Magnete deckungsgleich ist.

Bei diesem System handelt es sich um zwei getrennten Bewegungen. Erstens, die linear Bewegung des Schlittens mit den Drehmagneten (18) und zweitens der Drehbewegung dieser Magnete (18) um 180 Grad.

Somit ist eine Vorverlegung des Schaltpunktes notwendig, sodass die Drehbewegung der Drehmagnete (18) bei Erreichen der Position (201 ) eine Drehung um 90 Grad durchgeführt hat.

Durch das Anbringen von Einstellmöglichkeiten, kann der Schaltpunkt während des Betriebes eingestellt oder optimiert werden.

Bei Erreichen von Punkt (202) der Drehmagnete (18) und der statischen Magnete (19) ist der theoretische Schaltpunkt erreicht.

Es ist jedoch notwendig, auch diesen Schaltpunkt soweit vorzuverlegen, dass beim Erreichen von Punkt (202) die Drehmagnete die 90 Grad Drehung vollzogen haben.

Fig. 13 zeigt einen Teilausschnitt einer Draufsicht auf einen RPMIVI mit zweifachem Wirkkreis auf dem Rotor. Die Polarität der Magnete ist aus Fig. 13 ersichtlich. Ferner zeigt Fig. 13 einen Winkelträger (64) für Magnetwellen, Magnethalter (66), Magnet-Winkel-Schiene (67) und einen Magnetträger (69) für statische Magnete.

Fig. 14 zeigt einen Teilquerschnitt des RPMM aus Fig. 13 mit einem Rofationstaktgetriebe, wobei eine Station (68), ein Träger (81 ) für Magnethalter, ein Lagerklotz (102) mit Kugel, ein Zwischenboden (103) für das Bogensegment aus Fig. 1 1 , eine Zahnstange (104), ein Zahnrad (105) und eine Verstellwelle (106) dargestellt sind.

Fig. 15 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung aus Fig. 14 mit Darstellung der Feineinstellung der Schaltnocken zum Steuern des Rotationstaktgetriebes.

Fig. 16 zeigt einen Teilschnitt eines RPMM mit durch eine Welle und Zahnrad im Gehäuse drehbar gelagerten polumschaltbaren Magneten mit einem Zuganker (107), einer Distanzbuchse Il (108), einer Distanzbuchse I (109) und einem Ring (1 10) für Sensoren.

1 Q

Fig. 17 zeigt einen Teilausschnitt eines RPMMG mit als Spuie (127) ausgebildeten statischen Magneten (1 19). Dargestellt ist ein Verbindungstei! (1 12), Magnethalter (1 13), Magnetträger (1 14) für statische Magnete, ein Ausleger (1 15) für statische Magnete, Polumkehrmagnete (1 18), statische Magnete (1 19) und eine Spule (127).

Fig. 18 zeigt zwei Schritf-Umkehr-Getriebe mit Hubgetriebe im Teilschnitt zur Steuerung eines LPMM oder RPMM. Fig. 19 zeigt ein Schalt-Schema für das Schritt-Umkehr-Getriebe aus Fig. 18.

Das Getriebe weist drei Wellen auf. Auf der Welle I befindet sich ein Zahnrad mit vorgelagertem Schaltring mit Hebel (99), welcher auf einen feststehenden Anschlag-Nocken (57), wie in Fig. 1 1 dargestellt, aufläuft. Bei diesem Zusammentreffen wird der Schaltring mit Hebel (99) um 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht. Diese Drehung betätigt das Zahnrad (97) auf Welle I das im Eingriff mit Zahnrad (96) auf Welle Il steht

Das Zahnrad (96) auf Welle Il dreht sich um 45 Grad gegen den Uhrzeigersinn. Mit diesem Zahnrad verbunden liegt dahinter der Schaltring mit Hebel (98) und wird dadurch in die nächste Schaltposition gebracht (siehe Fig. 19). Hebel (99) und Hebel (98) haben getrennte Anschlag- Nocken (57) auf getrennten Bahnen. Den Bahnen sind die Magnetstellungen NORD oder SüD jeweils zugeordnet.

Ein drittes Zahnrad (95) überträgt die Drehbewegung um 45 Grad auf Zahnrad (89) mit einer übersetzung 1 :2 auf die Exzenterwelle (88) des Exzenters (84). Somit dreht die Exzenterwelle (88) den Exzenter (84) um 90 Grad nach jedem Schaltschritt in die enigengesetzte Richiung. Diese Exzenterwelle (88) überträgt die Bewegungen auf den Hubschieber (83) mit der damit verbundenen Zahnstange (78) (dargestellt in Fig. 17). Die

Zahnstange dreht die im Eingriff befindlichen Ritzel der Magnetwellen um jeweils 180 Grad.

Ferner zeigt Fig. 18 eine Schieberführung (82), eine Führungsrolle (85), einen Führungsbolzen (86), Befestigungsgewinde (92) für die Lager I - IN, ein Lager IH (94) für das Schritt-Umkehr-Getriebe und eine Welle Il (100).

Fig. 20 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer ersten Schalteinheit (Schalteinheit 1 ). Fig. 21 zeigt einen Teillänqsschnitt durch einen RPMM mit zwei getrennten Magnetbahnen und einer zweiten Schalteinheit (Schalteinheit 2).

In Fig. 20 und Fig. 21 sind dem Motor als Erweiterung ein weiterer Magnet-Halter (130) zugeordnet, sodass auf jeder Magnet-Bahn die Magnet-Halter (130) paarweise angeordnet sind. Die Drehung des hinzugekommenen Magnet-Haliers (130) übernimmt ein Zahnrad-Paar (154). Ein Lagersegment (143) ist über eine Säule (138) an den Motor angebracht.

Die Polumkehrmagnete sind stationär und die Magnetpakete rotieren. Der Permanent-Magnet-Motor RPMM wird gesteuert durch zwei Steuer- Scheiben mit Schalt-Nocken und Schalt-Rad. Die beiden Steuer-Scheiben (131 und 132) besitzen paarweise angeordneten Schalt-Nocken (142 und 147). Die obere Steuer-Scheibe (131 ) mit Schalt-Nocken (142) ist die Drehung der Magnet-Halter (130) von Süd auf Nord zugeordnet. Die untere Steuer-Scheibe (142) mit Schalt-Nocken (147) ist der Drehung der Magnet-Halter (130) von Nord auf Süd zugeordnet. Dadurch wird erreicht, das Fehlschaltungen durch falsche Polzuordnung nicht möglich sind.

Die Drehrichtung des Rotors (5) erfolgt im Uhrzeigersinn. Das Schalt-Rad (144 und 146) bildet eine Einheit und ist den Steuer-Scheiben (131 und 132) zugeordnet. Die Schait-Nocken (142) schalten das Schalt-Rad (144), die Schait-Nocken (147) das Schalt-Rad (146). Das Schalt-Rad (144 und 146) wird durch jeweils einen Schait-Nocken um 45 Grad gedreht. Das mit dem Schalt-Rad (144 und 146) verbundene Zahn-Rad (148) überträgt die Drehung auf das Zahnrad (149) im Verhältnis 1 :2. Kraftschlüssig auf der gleichen Weite ist das Zahn-Riemen-Rad (145), weiches die Drehung von 90 Grad in der Schalteinheit 1 wie in Fig. 20 dargestellt auf das Zahn- Riemen-Rad (140) und in der Schalteinheit 2 wie in Fig. 21 dargestellt auf das Zahn-Riemen-Rad (141 ) im Verhältnis 1 :2 überträgt. Somit dreht der Magnet-Halter (130) um 180 Grad, wobei die Zahnräder (154) in einander greifen.

Die Magnet-Halter (135) sind mit der Grundplatte für Magnet-Halter als Einheit gefertigt und werden in hierfür vorgefertigte Ausfräsungen des

Rotor (5) eingeschoben und verschraubt. Die Magnet-Halter (130) aus Messing sind mit Eindrehungen zur Aufnahme der Magnete (118) versehen, in der Lager-Platte (150) sind die Magnet-Halter (130) wie auch die Weilen (152 und 153) gelagert. Durch diese Bauart erhält der Rotor (5) eine größere Schwungmasse.

Die Antriebskomponenten für die Magnet-Halter (130) sind fest montiert und können zur Einstellung und Inspektion gut erreicht werden. Die Montage der Magnet-Halter (130) erfolgt vormontiert durch Bohrungen in der Grundplatte (71 ) und dem Rotor (5).

Fig. 22 zeigt einen Teil Längs-Schnitt eines RPMM mit 5 Rotoren (5)

als Träger der Statischen Magnete (19).

In den Außen-Stationen (69) angeordnete Polumkehr-Magnete (18) weiche in den Magnet-Halter (155) Paarweise angeordnet sind.

Es sind zwei Drehmagnet-Paare (18) übereinander angeordnet.

Auf der den Rotoren (5) gegenüber liegenden Seite der Polumker- Magnete (18) ist die Polarität immer N-N oder S-S.

Die Folge sind große Abstoß-Kräfte welche durch die Anordnung der Eisen-Zunge (158) neutralisiert werden.

Fig 23 zeigt eine Eisen-Zunge (158) mit Halter (157) der in der Station (69) angeordnet ist.

Diese Eisen-Zunge (158) neutralisiert die Abstoßkräfte der gegenüberliegenden Drehmagnete (18) mit gleicher Polung.

Fig. 24 zeigt einen Querschnitt durch eine Außen-Station (69) mit Antriebsrad (74) und Welle (73) die durch Drehung derselben um 180 Grad einen Poiwechsei der Magnete (18) durchführen. Die Poiwechsel- Magnete (18) sind im Magnet-Halter (155) dargestellt.

Die in Fig. 23 beschriebene Eisen-Zunge (158) mit Halter (157) sind in dieser Darstellung voll sichtbar.

Die Eisenzunge (158) umgibt eine Wicklung aus Kupfer-Lackdraht (159) in Längsrichtung der Eisenzunge (158) gewickelt.

Beim Syncron-Drehen der beiden Polumkehr-Magnete (18) mit Halfer (155) über und unter der Eisen-Zunge (158) wird durch die Polumkehr- Magnete (18) in Verbindung mit der Kupfer-Lackdraht Wicklung (159) Strom erzeugt.

O Q

Fig. 25 zeigt Schema der Zustände der Drehmagnete (18) bei einem Zyklus der Begegnung mit den statischen Rotor- Magnete (19).

Die Bezeichnungen mit a, b, c beziehen sich auf die gleichen Magnete.

Bei ! nähern sich die Rotor-Magnete (19) b den Polumker-Magnete (18) a.

Zwischen den beiden Polumkehr-Magnete (19) werden durch ihre Polung N von den Polumkehr-iViagnete (18) mit Polung S angezogen.

Bei Il durchlaufen die Rotor-Magnete (19) b die neutrale Zone der Polumkehr-Magnete (18). Diese haben bereits 90 Grad der vorgesehenen 180 Grad Drehung vollzogen.

Die Drehung erfolgt im Bereich von 10 te! Sekunden.

Bei III werden die Rotor-Magnete (19) b mit Polung N von den Polumkehr- Magnete

(18) mit Polung N abgestoßen.

Die Rotor-Magnete (19) c mit Polung S werden von den Polumkehr- Magnete (18) mit Polung N angezogen.

Fiq 26 zeigt den gleichen Ablauf der Bewegungen wie bei Fiq. 25.

Die zwischen den Polumkehr-Magnete (18) angeornete Eisen-Zunge

(158) übernimmt neben der Neutraüsierung der äbstoßkräfte der Polumkehr-Magnete (a) zusäzlich die Stromerzeugung.

Hierfür wird auf die Eisen-Zunge (158) eine Wicklung mit Kupferlackdraht

(159) aufgebracht Fig. 24 und 24a.

Fig 27 zeigt eine Station (68) verbunden ein Magnet-Träger (89) zur Lagerung der Polumkehr-Magnete (18).

Die einzelnen Segmente des Magnetträgers (89) sind durch zwei Zuganker (160) zentriert und verspannt. Es ist möglich den RPMM in erforderliche Höhe zu erweitern und somit den Leistungsforderungen anzupassen.

Fig. 28 zeigt einen Querschnitt eines RPMM mit 14 Stationen (69) und 26 Rotor-Magnete (19) am Umfang.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Polumkehr- Magnete-Einheiten (18) senkrecht gegenüberliegend angeordnet, wobei jeweils ein Rotor (5) mit den Magneten (19) einer Polumkehr-Einheit (18) zugeordnet ist. Bei dieser Anordnung liegen die beiden Poiumkehr- Magnete (18) mit gleicher Polung gegenüber.

Die vorhandenen Abstoßkräfte der Polumkehr-Magnete (18) werden durch Zuordnung einer Eisenzunge (158) zwischen den Polumkehr-Magneten (18) neutralisiert. Die Drehung der beiden Polumkehr-Magnete (18) um jeweils 180° wird bei der Begegnung mit einem Rotor (5) Magnet (19) durch einen Schrittmotor erbracht. Die bei der zweiten Hälfte der Drehung 90° aufgewendete Drehkraft für die Polumkehr-Magnete (18) wird zum größten Teil der Rotation des Rotors (5) durch die Magnetpaarung (18, 19) mit abstoßender Poiung N-N oder S-S übertragen.

Eine Erzeugung von elektrischem Strom erfolgt durch das Anbringen einer Spule aus Kupfer-Lackdraht (159) auf die Eisenzunge (158). Bei jeder

OC

Begegnung der Rotor{5)-Magnete (19) mit den Polumkehr-Magneten (18) wird durch Drehung der Polumkehr-Magnete (18) in der Spule (159) Strom erzeugt.

BEZUGSZEICHENLISIE

Grundplatte Lagerung für Roiorachse Lagerung für Rotor Freüauf ( Rücklaufsperre) Unterer Rotor a Oberer Roior Lagerήng für Umpolmagnete Laqerήnq für Umpolmaqnete Lagerring für Umpolmagnete Lagerring für Umpolmagnete 0 Distanzring 1 äbschlussring mit Drei-Punkt-Lagerung 2 Zahnrad für Steuerung 3 Welle für Steuerung 3a Welle für Steuerung 4 Flex-Kupplung 5 Winkel-Codierer 5a Schaltnocken 6 Schrittmotor 7 Zahnrad 8 Magnet zum Polwechsei (Polumkehrmagnet)9 statischer Magnet 0 Zentrier-Ring 1 Zahnrad 2 Schwungmasse 3 Lagerbuchse

Zahnrad für Kraftabtrieb

Rotorachse

Rotorträger

Magnetwelle

Lagergehäuse für Winkel-Codierer

Lagergehäuse für Schaltscheibe

Flexible Kupplung

Inductive Sensoren

Verstellarm

Rückiaufsperre für Weile 13

Lager für Weile 13

Verstellspinde!

Kugelgelenk

Verstellmutter

Gelenk

Schaltscheibe

Ausleger

Führungswelle

Zahnrad 3

Kugellager

Welle I

Zahnrad 2

Steliring

Taktrad Il

Taktrad I

Zahnrad 1

Lager I für Rotationstaktantrieb

Lager mit Rücklaufsperre

Welle III

Zahnrad IV

Zahnrad V

Welle Il

Nut für Winkelträger

Steuerleiste

Anschlag-Nocken

Druck-Platte

Einstell-Schlitz

Schrauben für Höheneinstellung

Führungsleiste

Gewinde für Befestigung an der Schiittenplatte oder dem

Rotor

Schlitten-Platte

Winkelträger für Magnetwellen

Magnet-Halter

Magnet Winkel-Schiene

Station

Magnet-Träger statische Magnete

Magnet-Träger statische Magnete Ausleger

Grundplatte

Verbindungsteii

Welle für Magnet-Halter

Syncron Zahnrad

Zwischenrad

Winkel für Traverse

Traverse

Zahnstange

Träger für Magnet-Halter

Schieberführung

83 Hubschieber

84 Exzenter

85 Führungs-Rolle

86 Führungs-Bolzen

88 Exzenter-Welle

89 Zahnrad für Exzenter-Welle

92 Befestigungsgewinde für Lager I-Ill 93 Motor-Halterunc

94 Lager Nl für Schritt-Umkehr-Getriebe

95 Zahnrad Z 3 für Schritt-Schalt-Getriebe

96 Zahnrad Z 2 für Schritt-Schalt-Getriebe

97 Zahnrad Z 1 für Schritt-Schalt-Getriebe

98 Schaltring 1 mit Hebel

99 Schaltring 2 mit Hebel

100 WeIIe Ii

102 Lager-Klotz mit Kugel

103 Zwischenboden für Bogensegmenf aus Fig. 11

104 Zahnstange

105 Zahnrad

106 Verstell-Welle

107 Zuganker

108 Distanz-Buchse Il

109 Distanz-Buchse I

1 10 Ring für Sensoren

1 11 Feineinstellung für Schaltpunkt

1 12 Verbindungsteil

1 13 Magnet- Halter

1 14 Magnet-Träger für statische Magnete

1 15 Ausleger für statische Magnete 1 18 Polumkehrmagnet

Statischer Magnet Spule Magnet- Halter Steuerscheibe ! Steuerscheibe Il Magnet-Halter für Rotormagnete Zentriersegmente für Magnet-Halter Rotormagnete Säule Zahnriemenrad Z 18 der Schalteinheit 1 Zahnriemenrad Z 18 der Schaiteinheit 2 Schalt-Nocken für Schaltrad 1 Lager-Segment Schaltrad i Zahnriemenrad Z 36 Schaitrad 2 Schalt-Nocken für Schaitrad 2 Zahnrad Z 40 Mod, 1 ,5 Zahnrad Z 20 Mod. 1 ,5 Lager- Platte Welle für Schaitrad Welle für übersetzung Zahnrad Position Position Position Position

O 3

155 Magnet-Halter

158 Welle für Zwischenrad

157 Halterung für Eisen-Zunge

158 Eisen-Zunge

159 Wicklung aus Kupferlackdraht

160 Zuganker

162 Begrenzungsleiste