DE102009052129A1

DE102009052129A1 - Wandler mit mindestens einem bewegten Dauermagnet

Info

Publication number: DE102009052129A1
Application number: DE200910052129
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler mit magnetisch hochpermeablem Stator mit mindestens einer Wicklung und mindestens zwei durch Statorpole hervorgerufenen Luftspalten sowie einem in den Luftspalten beweglich angeordneten Läufer aus dauermagnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer mindestens einen Dauermagnet weniger enthält als Luftspalte vorhanden sind, und dass sich innerhalb des Bewegungsbereichs jede im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung liegende Seitenfläche des einzelnen oder der nebeneinander angeordneten Dauermagnete in einem zugeordneten Luftspalt bewegt und diesen nicht verlässt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektromechanische Wandler, z. B. für die Nutzung als Schallwandler, Schwingerreger oder Stellantrieb mit begrenztem Bewegungsbereich, in denen das zu bewegende Element, (z. B. Konus, Membran, Platte, Kolben etc. bei Schallwandlern) nicht mit mindestens einer Spule, sondern mit mindestens einem Dauermagnet mechanisch fest verbunden ist und sich mit diesem bewegt.
Stand der Technik
Typische bekannte Wandler mit bewegten Dauermagneten werden z. B. in US 3,937,904 und in EP 0 508 570 B1 vorgestellt. Die dort beschriebenen Schallwandler weisen einen magnetisch hochpermeablen Stator mit mindestens einer Spule und mindestens einem Luftspalt auf. In jedem Luftspalt befinden sich zwei fest mit dem mechanisch-akustischen Wandler (Membran) verbundene, nebeneinander angeordnete, relativ zum Stator bewegliche Dauermagnete, die orthogonal zur Bewegungsrichtung und jeweils entgegengesetzt magnetisiert sind. Die Länge jedes dieser beiden Dauermagnete in Bewegungsrichtung ist mindestens so groß wie die Höhe der Statorpole in Bewegungsrichtung.
In derartigen Anordnungen ragen Abschnitte der Dauermagnete aus dem Luftspaltbereich zwischen den Statorpolen in Bewegungsrichtung heraus, wobei die Länge der herausragenden Dauermagnetabschnitte abhängig von der Läuferauslenkung ist und mit dieser variiert. Die aus den Luftspalten herausragenden Dauermagnetabschnitte bedingen große permanentmagnetische Streufelder, die bei unbestromter Spule eine Kraft in Richtung einer Zentrierung der beiden Dauermagnete innerhalb jedes Luftspalts hervorrufen. Diese Kraftwirkung ist innerhalb des sinnvoll nutzbaren Bewegungsbereichs mit der einer Feder vergleichbar. Gemeinsam mit der im Wandler bewegten Masse führt diese Federwirkung zu einem Schwinger und kann z. B. bei Schallwandlern unerwünschte, den Frequenzgang nachteilig beeinflussende Resonanzerscheinungen hervorrufen.
Weiterhin bewirken die starken äußeren permanentmagnetischen Streufelder unerwünschte, nichtlinear von der Auslenkung abhängige Magnetkräfte, wenn sich in der Umgebung, z. B. im Gehäuse oder im Rahmen eines Schallwandlers, ferromagnetische Körper befinden. Des Weiteren führen die oben genannten Streufelder im Betrieb, d. h. bei Bewegung der Dauermagnete, zu Wirbelstromverlusten in umliegenden leitfähigen Körpern.
Aufgabenstellung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Magnetkreis eines Wandlers mit mindestens einem bewegten Dauermagnet so weiterzubilden, dass äußere permanentmagnetische Streufelder und damit die unerwünschte magnetische Federwirkung, die Kraft auf umliegende ferromagnetische Körper sowie Wirbelströme in umliegenden leitfähigen Körpern minimiert werden.
Die Erfindung wird durch einen elektromechanischen Wandler mit magnetisch hochpermeablem Stator mit mindestens einer Wicklung und mindestens zwei durch Statorpole hervorgerufenen Luftspalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer mindestens einen Dauermagnet weniger enthält als Luftspalte vorhanden sind, und dass sich innerhalb des Bewegungsbereichs jede im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung liegende Seitenfläche des einzelnen oder der nebeneinander angeordneten Dauermagnete in einem zugeordneten Luftspalt bewegt und diesen nicht verlässt.
Vorteilhaft ist bei einem elektromechanischen Wandler mit einer feststehenden ferromagnetischen Statorkomponente und einem mit dem oder den Dauermagneten mitbewegten ferromagnetischen Rückschluss der Rückschluss in Bewegungsrichtung um mindestens den Bewegungsbereich länger ist als der Abstand zwischen den Außenkanten der beiden in Bewegungsrichtung außen liegenden Statorpole ausgebildet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmalen.
Ausführungsbeispiel
Die einzige beigefügte 1 zeigt als mögliches Ausführungsbeispiel einen Lautsprecher mit einer Konusmembran 1, die über ein Koppelstück 2 fest mit einem orthogonal zur Bewegungsrichtung magnetisierten Dauermagnet 3 verbunden ist. Die beiden orthogonal zur Bewegungsrichtung liegenden Seitenflächen 3a und 3b dieses Dauermagneten befinden sich in Luftspalten, die zwischen den beiden Polpaaren zweier ferromagnetischer, im Beispiel planar geblechter Statorkomponenten 4a und 4b liegen. Eine elektromagnetische Durchflutung wird im Beispiel durch die beiden Teilwicklungen 5a und 5b eingeprägt. Entspricht die Länge des Dauermagneten 3 in Bewegungsrichtung dem Abstand zwischen den Polmitten zweier in Bewegungsrichtung benachbarter Polpaare, dann ist der sinnvoll nutzbare Bewegungsbereich nahezu positionsunabhängiger, ohne Statorsättigung stromproportionaler Kraft gleich der Höhe h der beiden Polpaare und Luftspalte in Bewegungsrichtung.
Es ist zu betonen, dass neben dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vielfältige weitere, den Patentansprüchen gemäße Magnetkreisausführungen mit planarer oder rotationssymmetrischer Bauform möglich sind. Beispielsweise bilden zwei gegenüberliegende, planar geblechte, E-förmige Statorblechpakete mit bewickelten Mittelschenkeln drei Statorpolpaare. Zwischen diesen können zwei nebeneinander liegende, entgegengesetzt magnetisierte Dauermagnete der wie oben beschriebenen Länge in Bewegungsrichtung beweglich angeordnet werden. Auch Wandlerbauformen mit mehr als drei Statorpolpaaren und entsprechend zusätzlichen Dauermagneten sind möglich. Auch unsymmetrische planare Statorausführungen beispielsweise mit nur einem ferromagnetischen Statorabschnitt mit ausgeprägten Polen sowie einem im Wesentlichen quaderförmigen, ggf. mitbewegten Rückschluss sind möglich.
Rotationssymmetrische Wandler gemäß den Patentansprüchen verfügen z. B. über eine innere und eine konzentrisch dazu liegende äußere Statorkomponente mit einer entweder im inneren oder einer im äußeren Stator konzentrisch angeordneten Wicklung. Auch konzentrische Teilwicklungen in beiden Statorkomponenten sind möglich. Im Spalt zwischen beiden Statorkomponenten sind bewegliche, radial magnetisierte Dauermagnete in Ringform oder als gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilte Segmente angeordnet und fest mit dem zu bewegenden Element verbunden. Auch bei rotationssymmetrischen Bauformen sind mehr als zwei Statorpolpaare und entsprechend mehrere konzentrische Teilwicklungen und Dauermagnetringe möglich. Auch bei rotationssymmetrischen Wandlerausführungen sind Bauformen mit nur einem ferromagnetischen Statorabschnitt mit ausgeprägten Polen sowie einem mitbewegten, im Wesentlichen zylinder- oder hohlzylinderförmigen ferromagnetischen Rückschluss möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3937904 [0002]
EP 0508570 B1 [0002]

Claims

Elektromechanischer Wandler mit magnetisch hochpermeablem Stator mit mindestens einer Wicklung und mindestens zwei durch Statorpole hervorgerufenen Luftspalten sowie einem in den Luftspalten beweglich angeordneten Läufer aus dauermagnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer mindestens einen Dauermagnet weniger enthält als Luftspalte vorhanden sind, und dass sich innerhalb des Bewegungsbereichs jede im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung liegende Seitenfläche des einzelnen oder der nebeneinander angeordneten Dauermagnete in einem zugeordneten Luftspalt bewegt und diesen nicht verlässt.
Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wandler mit einer feststehenden ferromagnetischen Statorkomponente und einem mit dem oder den Dauermagneten mitbewegten ferromagnetischen Rückschluss der Rückschluss in Bewegungsrichtung um mindestens den Bewegungsbereich länger ist als der Abstand zwischen den Außenkanten der beiden in Bewegungsrichtung außen liegenden Statorpole.