DE1013714B

DE1013714B - Magnetostriktiver Schwinger fuer tiefe Frequenzen

Info

Publication number: DE1013714B
Application number: DES46217A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Eugen Traenkle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-11-02
Filing date: 1955-11-02
Publication date: 1957-08-14
Also published as: NL6600158A

Description

DEUTSCHES

Ferromagnetische Körper ändern bekanntlich unter dem Einfluß magnetischer Felder ihre Abmessungen (Magnetostriktion). Es treten Verkürzungen bzw. Verlängerungen ein, je nachdem, welche Eigenschaf ten der Werkstoff, aus dem der Körper zusammengesetzt ist, d. h. ob der Körper »negative« bzw. »positive« Magnetostriktion besitzt. Es gibt auch Körper, vorzugsweise Mischkörper, die keine Magnetostriktion aufweisen und somit unter dem Einfluß magnetischer Felder ihre Abmessungen nicht ändern.

Wirkt auf einen magnetostriktiven Körper ein Wechselfeld, so· führt der Körper Schwingungen aus. Die Amplitude der Schwingungen des Körpers hängt von den mechanischen Eigenschaften und von der Größe der Magnetostriktion des Körpers ab. In einem kleinen Frequenzbereich zeigen sich besonders große Schwingungsamplituden. Der Körper führt Resonanzschwingungen aus. Diese Resonanzschwingungen wirken nun auf Grund des inversen magnetostriktiven Effektes auf eine auf dem Körper aufgebrachte Spule, die das magnetische Feld erzeugt, zurück und führen zu einer Resonanzspitze im Scheinwiderstandsverlauf der Snuie. Diese Erscheinung hat man sich zunutze gemacht und die Anordnung als elektrischen Resonanzkreis verwendet.

Es sind magnetostriktive Schwinger bekannt, deren L^np-p. sich unter dem Einfluß eines magnetischen Wechselfeldes ändert, sogenannte Längsschwinger. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit wird der Körper in Richtung des Wechselfeldes durch ein magnetisches Gleichfeld vormagnetisiert.

Es sind auch magnetostriktive Schwinger bekannt, die unter dem Einfluß eines magnetischen Wechselfeldes und eines dazu senkrechten Gleichfeldes Torsionsschwingungen ausführen, d. h. deren eine Fläche sich gegenüber der ihr gegenüberliegenden. Fläche verdreht.

Die bekannten Anordnungen haben jedoch, bedingt durch ihren Aufbau und durch die Art der Schwingungen, Resonanzen bei verhältnismäßig hohen Frequenzen. Für die Verwendung als Schwingungskreis bei tieferen Frequenzen, z. B. im Tonfrequenzbereich, sind die bekannten Schwinger, wenn ihre Abmessungen in tragbaren Grenzen bleiben sollen, nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetostriktiven Schwinger zu schaffen, dessen Resonanzfrequenz bei tiefen Frequenzen, insbesondere in der Größenordnung um 1 kHz liegt. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß ein magnetostriktiver Körper unter dem Einfluß eines oder mehrerer magnetischer Gleichfelder Biegeschwingungen mehrere magnetischer Gleichfelder Biegeschwingungen ausführt. Die magnetischen. Wechsel- und Gleichfelder Magnetostriktiver Schwinger
für tiefe Frequenzen

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Eugen Tränkle, München,
ist als Erfinder genannt worden

verlaufen hierbei parallel und wirken derart auf den Körper ein, daß Teile von ihm zu Längsschwingungen angeregt werden. Erfindungsgemäß werden diese Einwirkungsbereiche der magnetischen Felder in dem Körper so gewählt, daß die in benachbarten Teilen des Körpers angeregten Längsschwingungen gegenphasig sind, so daß der Körper in. seiner Gesamtheit Biegeschwingungen ausführt. Der Körper hat ausgezeichnete Punkte, in denen er dauernd vollkommen oder nahezu vollkommen in Ruhe bleibt.

Der erfindungsgemäß Biegeschwingungen ausführende Körper kann verschiedene Formgestalt haben. Einmal kann er stabförmig, vorzugsweise, zylindrisch ausgebildet sein. Dieser Körper wird den magnetischen Feldern so ausgesetzt, daß er sich senkrecht zur Stabachse periodisch durchbiegt. Zur Erzeugung dieser Schwingungen wirkt vorzugsweise auf den Körper ein zur Stabachse paralleles Gleichfeld, während auf die beiden Hälften des Körpers, in die der Körper durch eine durch die Stabachse gelegte Ebene aufgeteilt wird, Wechselfelder gleicher Größe, aber entgegengesetzter Phase einwirken. Das Gleichfeld kann durch Dauermagnete erzeugt sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, daß der Körper aus einem magnetisierbaren Stoff besteht, dessen remanenter Magnetismus das Gleichfeld erzeugt. Die Wechselfelder werden durch auf magnetisierbaren Kernen aufgebrachte Wechselstromwicklungen erzeugt. Eine konstruktiv günstige Ausführungsform ergibt sich, wenn die magnetisierbaren Kerne halbkreisförmig ausgebildet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Schwinger in Stabform können die Felder gegenüber der eben beschriebenen Anordnung auch vertauscht sein. So· kann auf Teile des Körpers ein magnetisches Gleichfeld in einer Richtung wirken, während auf andere Teile ein Gleichfeld gleicher Größe, jedoch entgegengesetzter

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Claims

Richtung wirkt. Eine solche Gleichfeldanordnung er- . Wicklung 14 erzeugt, die auf einem zylinderförmigen,

gibt sich in. einfacher Weise dadurch, daß der Körper in zwei Kammern aufgeteilten Spulenkörper 13 auf-

zu einer Achse, die durch den Mittelpunkt des Kör- gebracht ist. Die Wicklung 14 kann auch in zwei

pers läuft und zur Stabachse senkrecht steht, konzen- Teile aufgeteilt sein, und die Wicklungsteile können trisch'bzw. elliptisch remanent magnetisiert ist. Zur 5 verschiedenen, Stromkreisen angehören, wodurch sich

Erzeugung dieses Feldes.wird der Körper längs der der erfindungsgemäße Schwinger auch als Filterkreis

bezeichneten Achse mit einem Loch versehen und ein verwenden läßt. Der Schwinger ist in den Punkten 15

gleichstromdurchflossener Leiter durch das Loch ge- und 16 gelagert.

führt. In dem Körper bildet sich dann ein remanentes Bei dem stabförmigen Biegeschwinger nach Fig. 1 Feld aus, das in einiger Entfernung von dem Magne- io ergeben sich die in Ruhe bleibenden Punkte durch die

ti si er ungs leiter in zwei verschiedenen Teilen des elastische Linie, wonach die Punkte im Abstand von

Körpers praktisch entgegengesetzt wirkt. Zur Er- etwa 0,22 / von den Enden des Stabes liegen. Hier be-

zeugung des magnetischen Wechselfeldes ist der stab- deutet / die Länge des stabförmigen Körpers. Der

förmige Körper mit einer Wechselstromwicklung, stabförmige Biegeschwinger kann auch halbkreisförderen Achse parallel zur Stabachse läuft, versehen. 15 mig ausgebildet sein, wodurch seine räumlichen. Ab-

Eine andere Form des erfindungsgemäßen Schwing- messungen vermindert werden.

körpers ist die Ringform. Hier besteht wieder die In der Fig. 2 ist der ringförmige magnetostriktive Möglichkeit, die auf den Ring wirkenden Felder ge- Körper 21 mit einer wechselstromführenden Wickgeneinander zu vertauschen. Um den Ringkörper sind lung 22 versehen, die in dem Körper das magnetische zwei oder mehr Polpaare angeordnet. Einmal können 20 Wechselfeld erzeugt. Um den Ring ist ein Polpaar 23, die Pole Permanentmagnete und jeweils nebenein- 24 und ein weiteres Polpaar 25, 26 angeordnet. Die anderliegen.de Pole gegenpolig sein. Es schließen sich sich in dem Ringkörper 21 durch die als permanente dann die Kraftlinien von Pol zu Pol über den ring- Magnete ausgebildeten Pole ergebenden Felder haben förmigen Körper, wodurch bei Verwendung von zwei jeweils von einem Viertel zum nächsten Viertel des Polpaaren jeweils in zwei gegenüberliegenden Vier- 25 Ringes entgegengesetzte Richtung. Unter dem Einteln des Ringes gleiche Feldrichtung herrscht, die nuß der Gleich- und der Wechselfelder führt der Ring-Feldrichtung benachbarter Viertel des Ringes aber körper Biegeschwingungen aus, und zwar um die ausentgegengesetzt ist. Das Wechselfeld wird durch eine gezeichneten Punkte 27, 28, 29 und 30. Diese Biegeauf den Körper gleichmäßig aufgebrachte Wechsel- schwingungen bewirken, daß sich z. B. in der einen stromringwicklung erzeugt. 30 Schwingungsphase die Teile des Ringes, die zwischen ■■'•Bei der zweiten Ausführungsform des magneto- den ausgezeichneten Punkten 27 und 29 und zwischen striktiven Schwingers in Ringform sind jeweils zwei den Punkten 28 und 30 liegen, verkürzen, während nebeneinanderliegende Pole durch ein Joch verbunden, die Teile zwischen den Punkten 27 und 28 und den das eine Wechselstromwicklung trägt. Werden die Teilen 29 und 30 sich verlängern. Der ringförmige z. B. bei zwei Polpaaren notwendigen Wicklungen 35 Körper wird also· zur Ellipsenform deformiert, wobei bezüglich des magnetischen Kreises des Körpers die lange und die kurze Achse dauernd wechseln, gegenphasig geschaltet, so entsteht wiederum in zwei während die Punkte 27, 28, 29 und 30 annähernd in gegenüberliegenden Vierteln des ringförmigen Kör- Ruhe bleiben.

pers ein Feld in einer Richtung, während in den In Fig. 3 ist ein Schwinger in Ringform darbeiden anderen Vierteln des Körpers ein Feld in ent- 40 gestellt, bei dem die Felder gegenüber der Ausfühgegengesetzter Richtung entsteht. Zur Erzeugung des rungsform in. Fig. 2 vertauscht sind. Der ringförmige Gleichfeldes ist der Körper konzentrisch zur Rota- Körper 31 besteht aus einem Werkstoff, der es ertionsachse remanent magnetisiert. Diese remanente möglicht, ihn remanent, und zwar konzentrisch zu Magnetisierung kann in einfacher Weise dadurch er- seiner Rotationsachse, zu magnetisieren. Das Polzeugt werden, daß durch den Ring ein Leiter, der von 45 paar 32, 33 ist durch das Joch 34 verbunden, daß die einem Gleichstrom durchflossen ist, gelegt wird. Wechselstromwicklung 35 trägt, während das PoI-Um einen möglichst dämpfungsarmen magneto- paar 36, 37 durch das Joch 38 überbrückt ist, das die striktiven Schwinger zu erhalten, kann der erfindungs- Wechselstromwicklung 39 trägt. Die auf den Jochen gemäße Biegeschwinger in den Punkten, die dauernd aufgebrachten Wicklungen sind so zueinander gein Ruhe bleiben, in Spitzen gelagert werden. 50 schaltet, daß ihre Felder in zwei gegenüberliegenden Mögliche Ausführungsformen des erfindungs- Vierteln des Körpers in einer Richtung und in den gemäßen Schwingers sind in den Fig. 1 bis 3 dar- beiden anderen Vierteln in der anderen Richtung gestellt, aus denen weitere Einzelheiten der Erfindung wirken. Die Punkte 40, 41, 42, 43, die annähernd hervorgehen. dauernd in Ruhe bleiben, treten an den Stellen des Fig. 1 zeigt einen stabförmigen Biegeschwinger, 55 Körpers auf, an denen sich die entgegengesetzten während die Gleich- bzw. Wechselfelder aufheben, d. h. jeweils auf Fig. 2 und 3 Biegeschwinger in Ringform zeigen. den Verbindungslinien zweier gegenüberliegender In Fig. 1 ist der magnetostriktive Körper 11 als gleichpoliger Pole.

langer Zylinder ausgebildet. In diesem Körper ist Je nach der gewünschten anzuregenden Eigendurch remanenten Magnetismus ein Gleichfeld er- 60 frequenz des Körpers können auch mehr als zwei Polzeugt. Das remanente Feld ist dadurch erzeugt wor- paare vorgesehen sein. Die Frequenz der anzuregenden, daß durch das Loch 12 ein Leiter geführt wurde, den Schwingungen steigt mit der Zahl der Polpaare, der vom Gleichstrom durchflossen war. Durch diese

Magnetisierung ergibt sich eine elliptische Feldaus- Patentansprüche: bildung, die durch ein in der oberen Hälfte des Kör- 65 1. Magnetostriktiver Schwinger für tiefe Frepers im wesentlichen in der einen Richtung und in der quenzen, bestehend aus einem vorzugsweise langunteren Hälfte im wesentlichen in entgegengesetzter gestreckten Körper, auf den ein oder mehrere Richtung wirkendes Gleichfeld charakterisiert ist. magnetische Wechselfelder und im wesentlichen Das in Richtung der Stabachse wirkende magnetische parallel zu diesen Wechselfeldern ein oder mehrere Wechselfeld wird durch die den Körper umgebende 70 magnetische Gleichfelder einwirken, und zwar

derart, daß Teile des Körpers zu Längsschwingungen angeregt werden, gekennzeichnet durch derartige Einwirkungsbereiche der magnetischen Felder im Körper, daß die in benachbarten Teilen des Körpers angeregten Längsschwingungen gegenphasig sind, so daß der Körper in seiner Gesamtheit Biegeschwingungen ausführt.
2. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper stabförmig ausgebildet ist.
3. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zylindrisch ausgebildet ist.
4. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Körper ein zur Stabachse paralleles Gleichfeld und auf die beiden Hälften des Körpers, in die der Körper durch eine durch die Stabachse gelegte Ebene aufgeteilt wird, Wechselfelder gleicher Größe, aber entgegengesetzter Phase einwirken.
5. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichfeld durch Dauermagnete erzeugt ist.
6. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichfeld durch remanenten Magnetismus des Körpers erzeugt ist.
7. Magnetostriktiver Schwinger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselfelder durch auf magnetisierbare Kerne aufgebrachte Wechselstromwicklungen erzeugt sind.
8. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die magnet tisierbaren Kerne halbkreisförmig ausgebildet sind.
9. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zu einer Achse, die durch seinen Mittelpunkt geht und zu seiner Längsausdehnung senkrecht steht, konzentrisch oder elliptisch retnanent magnetisiert ist und daß er mit einer zu seiner Längsausdehnung parallel verlaufenden Wechselstromwicklung versehen ist.
10. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ringförmig ausgebildet ist.
11. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um den Körper zwei oder mehr Polpaare angeordnet sind, und zwar derart, daß nebeneinanderliegende Pole gegenpolig sind und daß der Körper eine Wechselstromringwicklung trägt.
12. Magnetostriktiver Schwinger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß um den Körper zwei oder mehr Polpaare angeordnet sind, und zwar derart, daß zwei nebeneinanderliegende Pole durch ein Joch, das eine Wechselstromwicklung trägt, miteinander verbunden sind und daß der Körper konzentrisch zur Rotationsachse remanent magnetisiert ist.
13. Magnetostriktiver Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Ferrit besteht.
14. Magnetostriktiver Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper im Falle seiner Anregung zu freien Schwingungen an den Stellen der Schwingungsknoten, vorzugsweise in Spitzen, gelagert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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