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Aus mehreren Sticken bestehender permanenter Mahnet.
Die Erfindung betrifft permanente Magnete mit variablem Entmagnetisierungsfaktor, mit andern Worten, solche permanente Magnete, bei denen der Luftspalt durch Bewegung eines Ankers verändert
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Luftspaltes periodisch wie bei Generatoren oder Motoren erfolgt, als auch auf solche Magnete, bei denen diese Veränderung wie bei Relais nicht periodisch vor sich geht.
Der Aufbau der aus Teilen magnetisch harten und andem Teilen magnetisch weichen Werkstoffes zusammengesetzten periodisch arbeitenden Magnete mit variablem Entmagnetisierungsfaktor erfolgte bisher auf diese Weise, dass das für die Erzeugung der gewünschten Feldstärke im Luftspalt benötigte Volumen magnetisch harten Werkstoffes entweder längs des gesamten nicht durch den Luftspalt gebildeten Kraftlinienweges oder wenigstens längs dessen grösseren Teiles verteilt ist. Im ersten Fall besteht der gesamte Magnetkörper und im zweiten der z.
B. in den bekannten Hufeisenmagneten mit aufgesetzten Polschuhen aus magnetisch weichem Werkstoff verwirklicht ist. besteht der längste Teil und insbesondere der nicht dem Luftspalt benachbarte mittlere und etwa jochförmige Teil des Magneten aus dem magnetisch harten Werkstoff.
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Gründen der Befestigung oder Bearbeitung der magnetisch harte Werkstoff auf Teile in der Nähe des Luftspaltes beschränkt ist, während das Joch aus magnetisch weichem Werkstoff besteht. Dass diese Anordnung auch in Hinsicht auf die Ausnutzung des Magnetstahles Vorteile bietet, wurde bisher nicht erkannt. Diese Vorteile sind naturgemäss von dem Verhältnis der Länge des Kraftlinienweges im magnetisch harten Teil zu der im magnetisch weichen Teil abhängig.
Im Sinne der Erfindung soll die Länge des Kraftlinienweges in den aus magnetisch hartem Material bestehenden in der Nähe des Luftspaltes angeordneten Teilkörpern des Magneten mehrfach kleiner sein als der kleinste Kraftlinienweg in dem unmittelbar an das harte Material stossenden weichen Material. Dabei soll unter Luftspalt allgemein derjenige Luftraum verstanden sein, in dem die Energie des Magneten für den beabsichtigten technischen Zweck ausgenutzt werden soll. Es handelt sich hiebei, mit andern Worten, um denjenigen Luftraum, in dem die Bewegung des Ankers, die z. B. eine Drehung sein kann, erfolgt.
Für einige elektrodynamische Lautsprecher ist schon vorgeschlagen worden, das magnetisch harte Material in der Nähe des Luftspaltes anzuordnen. Dort handelt es sich aber um akustische Apparate und ferner nur um solche mit konstantem Luftspalt. Für Motoren, Generatoren und andere der Erzeugung mechanischer oder elektrischer Leistung dienende Maschinen und Apparate hingegen bedeutet die Erfindung eine grundsätzliche Umkehrung des bisherigen Aufbaues.
Für die Feldmagnete elektrischer Maschinen ist vorgeschlagen worden, die aus Weicheisen bestehenden Magnetkörper an den Polflächen zu härten, um den remanenten Magnetismus zu verstärken.
Für Dauermagnete ist eine derartige Ausbildung nicht geeignet, weil auf diese Weise keine für Dauermagnete genügend hohe Koerzitivkraft und Remanenz erzielt werden kann. Das ist nur möglich, wenn das harte Material des zusammengesetzten Magnetkörpers eine der Erzielung möglichst hoher Koerzitivkraft und Remanenz angepasste Zusammensetzung hat, die naturgemäss mit der Zusammensetzung des weichen Materials nicht übereinstimmt.
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Die Erfindung ergibt mehrere Vorteile, von denen nur einige herausgegriffen werden sollen. In erster Linie vermittelt die Erfindung eine beachtliche Raumersparnis, da man auf diesem Wege zu kleineren Magneten kommt. Damit verbunden ist eine für die meisten Zwecke ebenso erwünschte Gewichtsersparnis und ferner infolge der Verminderung des schädlichen Streuflusses eine ebenfalls günstige Er- höhung der Intensität im Luftspalt. Optimale Verhältnisse kann man erzielen, wenn man den gesamten magnetisch harten Werkstoff unmittelbar am Luftspalt anordnet. Es kann aber auch unter Umständen angebracht sein, einen Teil des magnetisch harten Werkstoffs an andern Stellen des Kraftlinienweges anzuordnen.
Den physikalischen Unterschied im Aufbau der in den Messinstrumenten gemäss der Erfindung zu verwendenden Dauermagnete gegenüber den bisher für Maschinen und Apparate mit variablem Luftspalt verwendeten Magneten kann man daran erkennen, dass die Abnahme des Entmagnetisierungsfaktors bei den bisher verwendeten Magneten bei zunehmender Schenkel- oder Jochlänge des Magneten, bei den gemäss der Erfindung verwendeten Magneten dagegen bei abnehmender Schenkellänge stattfindet.
Dies führt dazu. dass insbesondere hei magnetischen Werkstoffen mit sehr grosser Koerzitivkraft die Dimensionen des magnetisch harten Teiles in der Kraftlinienriehtung kleiner gemacht werden können als in den dazu senkrechten Richtungen, eine Erscheinung, die sich mit besonderem Vorteil ausnutzen lässt. Ferner haben die gemäss der Erfindung zu verwendenden Magnete den Vorzug, dass unter der Voraussetzung eines gleich grossen Volumens des magnetisch harten Werkstoffes die Energieausnutzung etwa den dreifachen Wert gegenüber den bisher verwendeten Magneten aufweist.
Die Erfindung kann bei allen permanenten Magneten mit variablem Entmagnetisierungsfaktor angewendet werden und ist in keiner Weise auf besondere Anwendungsgebiete der permanenten Magnete beschränkt. Als Beispiele seien Kurbelinduktoren, Zündmagnete, kleine Generatoren und Motoren, insbesondere zur Verwendung auf Fahrzeugen, genannt. Die Erfindung ist ferner wertvoll für die Herstellung von Motoren mit Sehwinganker, bei denen also ein Anker periodisch, z. B. im Takte der Netzfrequenz, an den Magneten heran und wieder zurück bewegt wird. Ferner erleichtert die Erfindung die
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Material ist der in beliebiger Weise ausgebildete und mit einer nicht dargestellten Wicklung versehene Anker 5 drehbar angeordnet.
Man kann die dem Luftspalt zugekehrten Flächen der Stahlplatten 1 und : 2 derart ausbilden, dass sie die Form der üblichen Polschuhe aufweisen, oder man setzt, wie in der Zeichnung dargestellt, auf die dem Luftspalt zugekehrten Flächen der Platten besondere Polschuhe 4 und 5 auf, die aus magnetisch weichem Material, z. B. Weieheisen, bestehen und in Richtung der magnetischen Kraftlinien möglichst schwach bemessen sind. Die Anordnung dieser Weicheisenpolsehuhe erfolgt zunächst
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hängen.
Die magnetisch harten Werkstoffe haben nämlich in der Regel den Nachteil, dass sie sieh nur schwer bearbeiten lassen und infolgedessen nicht mit der am Luftspalt erforderlichen genauen Einhaltung bestimmter vorgeschriebener räumlicher Dimensionen herstellen lassen. Die magnetisch weichen Werkstoffe sind dagegen in der Regel leichter zu bearbeiten. Die Anordnung der genau bearbeiteten und aus magnetisch weicherem Werkstoff hergestellten Teile unmittelbar am Luftspalt kann aber auch aus magnetischen Gründen vorteilhaft sein, um den Übergriff der magnetischen Kraftlinien in den Luftspalt zu verbessern.
Man kann jedoch die Polschuhe 4 und 5 im wesentlichen schwächer halten als die bisher verwendeten Polschuhe, damit die von der Erfindung erstrebte Konzentrierung des magnetisch harten Werkstoffes am Luftspalt nicht verlassen wird.
Auf dem Luftspalt abgekehrten Flächen der Stahlplatten 1 und 2 sind besondere Weicheisen- stüeke 7 und 8 aufgesetzt, die ebenso wie die Weicheisenstüeke 4 und 5 mindestens an ihrer Berührung- fläche mit den Stahlstücken einen gleich geformten und gleich grossen Querschnitt wie diese aufweisen und eine Überleitung der magnetischen Kraftlinien in das bügelartige Joch ss bewirken, das den magnetischen Rückschluss der Kraftlinien sichert und aus einem magnetisch weichen Werkstoff besteht. Das Joch 9 kann die in der Zeichnung dargestellte Form eines Doppeljoches aufweisen, aber auch in beliebig anderer Weise, z.
B. als Einfachjoch, ausgebildet sein und kann ferner einen sehr kleinen Querschnitt erhalten, was insbesondere dann möglich ist, wenn es aus einem hoch magnetisierbaren magnetischen Werkstoff, wie beispielsweise einer der bekannten Eisen-Nickel-Legierungen, hergestellt ist. Die ebenfalls aus magnetisch weichem Material bestellenden Platten 7 und S können mit dem Joch 9 zu einem Körper vereinigt sein, wobei jedoch dafür Sorge getragen werden muss, dass das Joch an der ganzen Rückfläche der Stahlplatten 1 und 2 anliegt.
An Stelle des Joches 9 können auch besondere Streubleche 10 und 11 aufgesetzt werden, von denen verschiedene Ausfuhrungsformen in der Figur gestrichelt dargestellt sind. Bei Verwendung von Streublechen werden die zwischen ihnen und den Stahlstücken 1 und 2 befindlichen Weielleisenstücke 7 und 8 in der Weise ausgebildet, dass sie sich mit zunehmender Entfernung von den Stahlstücken 1 und 2
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verjüngen und schliesslich in die auf sie aufgesetzten oder auch mit ihnen aus einem Stuck hergestellten Streukörper-M und 11 übergehen.
Die Möglichkeit, derartige Streubleche. u. zw. vorzugsweise bei stabförmiger Ausbildung des Magneten, verwenden zu können, lässt die Auswertung der Erkenntnis besonders in Erscheinung treten, dass der Eisensehluss durch Joche lediglich einen zusätzlichen Widerstand darstellt, der für die Erzeugung der im Luftspalt ausnutzbaren magnetischen Energie nur untergeordnete Bedeutung hat. Die Grösse 11' des magnetischen Widerstandes ergibt sich bekanntlich aus der Formel :
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wobei L die Länge des magnetischen Weges, dessen Permeabilitätsfaktor und q dessen Querschnitt bedeuten.
Wendet man diese Formel auf den magnetischen Rückschluss an, so sieht man, dass bei gegebener Länge ein um sl kleinerer Querschnitt des Riickschlussweges erzielt werden kann, je grösser der Permeabilitätsfaktor ist. In dem in der andern Richtung liegenden Grenzfall, nämlich der Verwendung von Luft, muss der Querschnitt des an der magnetischen Rückführung beteiligten Luftvolumens sehr gross sein. Bei den erfindungsgemäss ausgebildeten Magneten wird die Vergrösserung des an der magnetischen Rückführung beteiligten Luftvolumen mit den vorgesehenen Streubleehen erreicht.
Auch ergibt sich hieraus, dass der magnetische Widerstand der Rückleitung in allen Fällen, sowohl ohne wie mit Eisenschluss, so klein gehalten werden kann, dass er gegenüber dem magnetischen Widerstand der aus Magnetstahl bestehenden Stücke keinen entscheidenden Einfluss hat. Der magnetische Widerstand der Magnet- stahlstücke und damit deren Koerzitivkraft braucht dabei nicht etwa an den Grenzfall unendlich grosser Werte heranzukommen, sondern nur die schon gegenwärtig erreichten Werte aufzuweisen, um die Möglichkeit zu geben, auf den Eisenschluss bei der magnetischen Rückleitung völlig und weiter gegebenenfalls auch auf die besonderen Streubleche zu verzichten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Aus mehreren Stücken, u. zw. aus magnetisch harten und weichen Teilen verschiedener Zusammensetzung, bestehender permanenter Magnet, insbesondere für Motoren oder Generatoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Kraftlinienweges in den aus magnetisch hartem Material bestehenden in der Nähe des Luftspaltes angeordneten Teilkörpern des Magneten mehrfach kleiner ist als der kleinste Kraftlinienweg in dem unmittelbar an das harte Material stossenden weichen Material.