DE1023516B

DE1023516B - Electrical machine, in particular high-frequency machine, with at least one permanent magnet on each side of the winding

Info

Publication number: DE1023516B
Application number: DEN6393A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Felix Reynst; Johannes Meyer Cluwen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-11-28
Filing date: 1952-11-24
Publication date: 1958-01-30
Also published as: FR1078389A

Description

Elektrische Maschine, insbesondere Ho chfrequenzmaschine, mit wenigstens je einem Dauermagneten beiderseits der Wicklung Die Erfindung bezieht sich. auf Bine elektrische Mas.chine, insbesondere Bine Hochfrequenzmaschine, mit wenigstens je einem Dauermagneten beiderseits der Wicklung.Electrical machine, especially high frequency machine, with at least one permanent magnet each on both sides of the winding The invention relates. on Bine electrical Mas.chine, in particular Bine high-frequency machine, with at least one permanent magnet on each side of the winding.

Bei Biner bekannten Maschi.ne dieser Art bestehen die Dauermagnete aus Magnetstahl. Dieses Material ist aber auf Grund semer hohen Verluste fiir Hochfrequenzmaschinen ungeeignet.In machines of this type known from Biner, there are permanent magnets made of magnetic steel. However, because of its high losses, this material is suitable for high-frequency machines not suitable.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile- bei Biner Maschine ei.ngangs erwâhnter Art dadurch, daB die Dauermagnete aus einem Material bestehen, das im wesentlichen nicht kubische Kristalle von Polyoxyden des Eisens und, wenigstens Bines der Metalle Ba, Sr, Pb und gegebenenfalls Ca, insbeson&-re einfache Kristalle und/oder Mischkristalle von der Struktur des Magnetoplumbit mit der Zusammensetzung Me0 - 6Fe203 enthâlt, wobei Me Bines der Metalle Pb, Ba und Sr darstellt.The invention eliminates these disadvantages - in the case of a Biner machine mentioned type by the fact that the permanent magnets consist of a material which is essential non-cubic crystals of polyoxides of iron and, at least Bines of the metals Ba, Sr, Pb and possibly Ca, in particular simple crystals and / or mixed crystals of the structure of magnetoplumbite with the composition Contains Me0 - 6Fe203, where Me represents bines of the metals Pb, Ba and Sr.

Ein solclies, bereits vorgeschlagenes Material kanii ein Verhâltnis zwi.schen Remanenz (B,.) und Koerztivkraft ($H,) B,./ pH, = 2000/1640 = etwa 1,2 habeas. In Zeiten, in denen Rohstoffe nicht leicht erhâltlich sied, sind diese Materialien besonders wichtig, da sie kein Co und. Ni enthalten. Ferner habeas diese Materialien einen verhâltnismâflig hohen Widerstand von mindestens 105 Ohm cm, beilspielsweise 3 - 107 Ohm cm, so dae sich Bine b.iermit ausgerüstete Maschine für Hochfrequenzzwecke biesonders gut eignet, da Wirbelstri5me im Material praktisch nicht auftreten und hierdurch keine Verluste entstehen k5nnen. Trotz des, im Vergleich zur Anwendung der bekannten neuzeitlichen Magnetstâhle grd eren Volumens, das s.ich bei Verwendu ng dieser Materialien mit einem im Verhâltnis niedrigen (BH)ma,y-Wert von beispielsweise 1 bis 1 i/-# - 106 ergibt, sind. infolge des niedrigeii spezifischen Gewichtes annehmbare Gewichte erzielbar. Da praktisch k Bine Entmagnetisierung stattfin.det, kann der Arbeitspunl;t auf der Entmagnetisierungskurve günstig gewâhlt werden. Ein weiterer Vorteil der Nichtentmagnetisierbarkeit besteht darin, dal3 die Dauermagnete bereits vor dem Zusammenbau der Maschine magnetisiert werden k5nnen und nicht erst im betriebsfertigen Zustand. Dies ist ein grofler Vorzug P"egenfiber allen in der Praxis bicher verwendeten Daue rmagnetmaterialien.A solclies, already proposed material kanii a ratio between remanence (B,.) and coercive force ($ H,) B,. / pH, = 2000/1640 = about 1.2 habeas. In times when raw materials are not easily available, these are materials especially important as they are no co and. Ni included. Furthermore habeas these materials a relatively high resistance of at least 105 ohm cm, for example 3 - 107 ohm cm, so that the Bine is equipped with a machine for high frequency purposes Particularly well suited, since eddy currents practically do not occur in the material and no losses can occur as a result. Despite that, compared to the application of the well-known modern magnetic steels of larger volume, which I see when using ng of these materials with a relatively low (BH) ma, y value of, for example 1 to 1 i / - # - 106 results are. acceptable due to the low specific weight Weights achievable. Since there is practically no demagnetization, the The working point on the demagnetization curve can be chosen favorably. Another The advantage of being non-demagnetizable is that the permanent magnets already exist can be magnetized before the machine is assembled and not only when it is ready for use State. This is a great advantage compared to anything previously used in practice Permanent magnet materials.

Die Erfindung wird an Hand einiger in den Zeichnungen schematiscli dargestellter Ausfiihrttngsb.eispiele nâher erlâutert.The invention is illustrated schematically with the aid of some of the drawings The illustrated examples are explained in more detail.

In Fi g. 1 ist mit 1 ein Rotor bezeichnet, der ganz aus Magnetwerkstoff der vorstehend erwâhnten Art b-estelit und dessen Bine Hâlfte als Nordpol N und dessen andere Hâlfte als Südpol S magnetisiert ist. Gewünscht-enfalls kann die Magnetisierung bei h6heren Temperaturen in der Nâbe des Curiepunktes mit niedriger Feldstârke von bei:spielsweise 500 Oer sted stattfindeu. Der lângliche Stator 2 ist gleichfalls ganz aus dem erwâhnteai Magnetwerkstoff hergestellt und zum Teil nord-, zum Teil südmagnetisch. In der neutralen Zone ist Bine Spule 3 angeordnet, die innen wie auBen und au.ch an ihren beideu Seiten von dem D,auermagnetwerkstoff umggeben is.t. Der Verlauf der Kraftlinien im Rotor und Stator ist für Bine Hâlfte gestrichelt darge;stellt. Sind die mittleren Kraftlinienlângen von Lâufer u.nd Stânder gleich, so liegt - in der dargestellten Lage mit einander gegenül)erli.ege-nden gleichnamigen Polen - der Arbeitspunkt auf der (BH) -Kurve beispielsweise, in dem PunktB. (Fi- .2). Wird der Rotor gedreht, bis sich die ungleichnamigen Pole gegenüberstehen, so ergibt sich Bine gleichsinnige Reihenschaltung beider Magnete 1 und 2. Da die L uftspaltbreite gegenüber der Magnetlânge gering ist, gelangt der Arbeitspunkt auf der (BH)-Kurve beispielsweise in den Punkt B, so d!aB die KraftfiuP-ânderung frit der Differenz B,. - Bo entspricht. In Fig. 2 sind die Werte für B und H angegeben, dit bei Anwendung Bines Materials der vorstehend erwâlinten Art erzielt wurden. Weiterhin sind in der Figur die reversibelen Kurven Ri und Rz dargestellt, ans denen ersichtlich ist, daB Bine vernachlâssigbare Entmagnetisierung erst bei -H= 1700 Oersted und Bine geringe, gegebenenfallis noch zulâssîge Entmagnetisierung erst bei -H = 2350 Oersted auftritt. Ist die mittlere Kraftl,inienlânge des Stators wesentlich grSBer als die des anderen Teiles, so wird die KraftfluBânderu:ng noch gnSBer, da der Arbeitspunkt bei einander gegenüberliegenden gleichnamigen Polen in diesem Fall beispielsweise bis zum Punkt -B absinken kann. Anstatt ira Stator kann die Spule 3 in diesem Fall auch im Rotor angebracht sein, wie dies gestrichelt dargestellt ist. Der Stator mit Spule kann auch innen und der Rotor auflen angeordnet sein, und schlieBlich 1:Snnen beide gegeneinander umlaufen.In Fi g. 1, 1 denotes a rotor which is made entirely of magnetic material of the above-mentioned type b-estelit and whose bine half is magnetized as the north pole N and the other half as the south pole S. If desired, the magnetization can take place at higher temperatures in the vicinity of the Curie point with a low field strength of, for example, 500 Oer hours. The elongated stator 2 is also made entirely of the aforementioned magnetic material and is partly north magnetic and partly south magnetic. A coil 3 is arranged in the neutral zone, which is surrounded on both sides by the non-magnetic material inside, outside and outside. The course of the lines of force in the rotor and stator is shown by dashed lines for one half. If the mean lengths of the lines of force of the runner and the stand are the same, the working point on the (BH) curve is, for example, at point B. (Fi- .2). If the rotor is rotated until the opposite poles are opposite, the result is a series connection of both magnets 1 and 2 in the same direction. so d! aB the force flow change frit the difference B ,. - Bo corresponds. In FIG. 2 the values for B and H are given, which were obtained when using a material of the type mentioned above. The figure also shows the reversible curves Ri and Rz, from which it can be seen that Bine negligible demagnetization only occurs at -H = 1700 Oersted and Bine low, possibly still permissible, demagnetization only occurs at -H = 2350 Oersted. If the mean length of the force in the stator is significantly greater than that of the other part, the change in force becomes even greater, since the working point at opposite poles of the same name can in this case drop to point -B, for example. Instead of the stator, the coil 3 can in this case also be fitted in the rotor, as shown in dashed lines. The stator with coil can also be arranged on the inside and the rotor on the outside, and finally both rotate against one another.

In der Anordnung nach Fig. 3 sind die Teile 1 und 2 wieder ganz ans dem vorstehend erwâhnten Magnetwerkstoff hergestellt, aber zum Unterschied gegeniiber der Bauart nach Fig. 1 ist hier die Wicklung 3 der Maschine zwisch en den Dauermagneten 1 und 2 angeordnet, wobei der L uftspalt 4 breiter ist als die Dicke 5 der Wicklung. Die Wicklung 3 ist gegenüber den Dauerm-agneten 1 und 2 drehbar, die zueinander feststehend angeo-rdnet s.ind. Die beiderseits des Luftspaltes einander gegenüberl,iegenden magnetischen Pole besitzcn entgegengesetzte Polaritât. Dreht sich die Spule oder der Magnetkreis als ein Ganzes, so erfolgt hier eine Kraftflu3ânderung zwischen -i- 0 und - 0, so dafl die EMK Biner als Generator arbeitenden Maschine fast doppelt so grof ist wie bei der in Fig. 1 dargestellten Maschine. Infolge der groUen Gesamtlânge der Magneten kann in dem breiten Luftspalt (der für einen Generator von e twa 150 W z. B. 1 cm betragen kann) noch ein hinreichend starkes Feld erzielt werden. Bei Verwendung des vorsbehend erwâhnten Materials kann dais Feld im Luftspalt beispielsweise durchschnittfich 1600 GauB undim Magneten 1800 Gau3 betragen. Es ist ersichtlich, dafi dieses Material bei Massenherstellung billiger sein wird als die bisher für einen Teil des Magnetkreises fiblichen Bleche und da3 das Gesamtgewicht infol,ge des niedrigen spezifischen Ge@vi.ehtes niedriger werden kann.In the arrangement according to FIG. 3, parts 1 and 2 are again completely ans made of the above-mentioned magnetic material, but in contrast to it 1 is the winding 3 of the machine between the permanent magnets 1 and 2, the air gap 4 being wider than the thickness 5 of the winding. The winding 3 is rotatable with respect to the permanent magnets 1 and 2, which are to one another permanently located s.ind. The opposite sides of the air gap magnetic poles have opposite polarity. Does the spool or the magnetic circuit as a whole, there is a force flow between -i- 0 and -0, so that the EMK biners working as a generator almost double is as large as in the machine shown in FIG. Due to the great overall length the magnet can be placed in the wide air gap (the one for a generator of around 150 W z. B. 1 cm) still a sufficiently strong field can be achieved. at The above-mentioned material can be used, for example, for the field in the air gap average 1,600 GauB and 1,800 Gau3 in the magnet. It can be seen that this material will be cheaper in mass production than that previously for part of the magnetic circuit of fibrous metal sheets and the total weight as a result of the low specific Ge@vi.ehtes can become lower.

Zur weiteren Herabsetzung des magnetischen Widerstandes ira Luftspalt k5nnen Weicheisenteile 6 und 7 in dem ringf5rmigen Raum zwischen den Magneten 1 und 2, gegebenenfalls an der Wicklung 3 befestigt, vorgesehen sein, wie dies in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist, wodurch an Stelle des breiten Luftspaltes 4 nunmehr zwei s.chmale Luftspalte 8 und 9 entstehen. Soll sich die Maschine fiir Hochfrequenzz-#vecke gut eignen, so künnen die Weicheisenteile 6 und 7 ans einem Material mit hohem elektrisdhem Widerstand bestéhen.To further reduce the magnetic resistance in the air gap Soft iron parts 6 and 7 can be placed in the annular space between the magnets 1 and 2, optionally attached to the winding 3, may be provided, as shown in FIG Fig. 3 is shown in dashed lines, whereby instead of the wide air gap 4 now two narrow air gaps 8 and 9 are created. Should the machine be for High-frequency zones are well suited, so the soft iron parts 6 and 7 can be used in one Consist of material with high electrical resistance.

Die Râume 10 sind zum Zweck der Materialersparnis ausgespart.The spaces 10 are cut out for the purpose of saving material.

Es sei noch erwâhnt, dae elektrische Maschinen mit Biner ira Luftspalt angeordneten Wicklung und beiderseits des Luftspaltes liegendem Feldsystem mit rotierendem Feldsystem Oder rotierender Wicklung bereits bekannt sied. Das Feldsy!stem besteht hierbei ans Biner Anzahl Erregerspulen.It should also be mentioned that there are electrical machines with a bin ira air gap arranged winding and on both sides of the air gap lying field system with rotating Field system or rotating winding already known. The field system exists here at the bin number of excitation coils.

In Fig. 4 ist Bine scheibenf6rmige Maschine dargestellt. Fi-. 4a zeigt einen Schnitt, wobei zwei Spulen 11 und 12 um Bine Achse 13 (Vorderansicht Fig. 4b) drehbar sind. Beiderseits Biner jeden Spule sind Diauermagnete 14, 15 bzw. 16, 17 angebracht, deren Anordnulig in Fi-. 4c in Ansicht dargestellt ist. Der Kraftlinienweg ist durch die gestrichelte Linie 18 bezeichnet. In Fig. 4c sind zwischen den dauermagnetischen Sektoren 15 und 16 weitere Sektoren 19 und 20 65 ans nichtmagnetischem Material angeordnet. Die Sel, toren 15, 16 einerseits und 14, 17 andererseits sind durch Platten 21, 22, beispielsweise ans weichmagnetischem Material, iiberbrückt. Da die Platten 21 und 22 verhâltnismâOig weit vo.n den Wicklungen 11 und 12 entfernt sind und da,s Material der Magnete 14 bis 17 Bine niedrige Permeabilitiit von etwa [,= 1,2 beisitzt, schlieflt sich das durcli den Strom in den Wicklungen 11 und 12 erzeugte Feld zu ei:netn gro8en Teil durch die Magnete 14 bis 17, so dafi diese Maschine für nicht allzu hohe Frequen.zen geeignet ist, besonders wenn die Nlagnetlângen gr53er bemessen werden. Zur Anlvendung als Hochfrequelizmaschine fiir den Bereich der h6heren Frequenzen k5nnen diese Platten entweder fortgelassen werden Oder aus ei-nem Material mit ho-hem elektrischem Widerstand bestehen; dieses Material ist auch fiir die Spulenkerne verwendbar.A disk-shaped machine is shown in FIG. Fi-. 4a shows a section, with two coils 11 and 12 being rotatable about a axis 13 (front view FIG. 4b). On both sides of the bin of each coil there are diamond magnets 14, 15 and 16, 17, the arrangement of which is shown in FIG. 4c is shown in view. The path of the lines of force is indicated by the dashed line 18. In Fig. 4c further sectors 19 and 20 65 are arranged on the non-magnetic material between the permanent magnetic sectors 15 and 16. The selector gates 15, 16 on the one hand and 14, 17 on the other hand are bridged by plates 21, 22, for example on the soft magnetic material. Since the plates 21 and 22 are relatively far from the windings 11 and 12 and since the material of the magnets 14 to 17 has a low permeability of about 1.2, this is closed by the current in the windings 11 and 12 generated a large part of the field by the magnets 14 to 17, so that this machine is not suitable for frequencies that are not too high, especially if the length of the system is larger. For use as a high-frequency machine for the range of higher frequencies, these plates can either be omitted or consist of a material with high electrical resistance; this material can also be used for the coil cores.

Man h at die Wahl zwischen Biner drehbaren Anordnung entweder der Spulen oder Bines der Teile Oder beider Teile des Magnetkreises, Oder aber sümtlicher Teile.One has the choice between either the rotatable arrangement of the biner Coils or bines of the parts or both parts of the magnetic circuit, or all of them Parts.

In Fig. 5 ist in âhnlicher Weise Bine a.ndere Ansführungsform mit vier Spulen und vier Magnetsektoren beiderseits der Spulen dargestellt.In Fig. 5 Bine a.ndere Ansführungsform is in a similar way four coils and four magnet sectors are shown on either side of the coils.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical machine, in particular high-frequency machine, with at least one permanent magnet on each side of the winding, characterized in that the permanent magnets (1, 2) are based on a material that is essentially non-cubic crystals of polyoxides of iron and at least Contains bines of the metals Ba .. Sr, Pb and possibly Ca, in particular simple crystals and / or mixed crystals of the structure of magnetoplumbite with the composition Me O - 6Fez03, where Me represents bines of the metals Pb, Ba and S r: 2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the (the) permanent magnet (s) (1) on one side of the winding (3) surrounded by the (the) permanent magnet (2) on the other side of the Wieklung is (sied). 3. Electrical machine according to claims 1 and 2, characterized in that the winding (3) between the permanent magnets (1, 2) is arranged in an air gap (4) which is wider than the thickness of the winding, and the Winding is relatively rotatable with respect to the permanent magnets, which are arranged with the dissimilar magnetic poles opposite one another and fixed relative to one another. 4. Electrical machine according to claim 3, characterized in that on both sides of the winding (3) in the air gap (4) magnetically soft material (6, 7), z-, veclzmâfiig with holiem electrical resistance, is present. 5. Electrical machine according to claims 2 to 4, characterized in that the mean line of force length of the outer permanent magnet (2) is significantly greater than that of the inner permanent magnet (1) and that the outer permanent magnet Bine has an elongated shape. Documents considered: Austrian Patent No. 121 929; Heinke, Handbuch der Elektrotechnik, 4th volume, 2nd edition, Leipzig 1906, single and multi-phase alternating current generator, edited by Dr. F. Nie thammer, p.23.