DE1074677B

DE1074677B - Verfahren zum Betrieb einer Spulenanordnung mit einem durch ein Gleichfeld vormagnetisierten Kern und nach dem Verfahren betriebene Spulenanordnung

Info

Publication number: DE1074677B
Application number: DENDAT1074677D
Authority: DE
Inventors: München Dr. Max Kornetzki
Original assignee: Siemens and Halske AG
Current assignee: Siemens and Halske AG
Publication date: 1960-02-04

Description

Verfahren zum Betrieb einer Spulenanordnung mit einem durch ein Gleichfeld vormagnetisierten Kern und nach dem Verfahren betriebene Spulenanordnung Bei der Magnetisierung eines magnetisierbaren Kernes treten Wechselfeldverluste auf, die mit wachsender Induktion zunehmen. Dies rührt daher, daß bei der Magnetisierung laufend die ganze Magnetisierungsschleife durchlaufen werden muß.
Einrichtungen, die für große Leistungen bestimmt sind, beispielsweise Kerne für. Sendervariometer od. dgl., sind daher normalerweise mit größer werdenden Leistungen mit entsprechend hohen und teilweise untragbaren Verlusten behaftet.
Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, bei derartigen Einrichtungen einen Weg zu zeigen; die Verluste herabzusetzen.
Die Erfindung basiert dabei auf der bekannten Tatsache, daß die Hystereseverluste eines in einem Drehfeld magnetisierten Kernes einen völlig anderen Verlauf nehmen. Zunächst steigen die Wechselfeldverluste bei der Magnetisierung durch ein Drehfeld ebenfalls, sogar noch stärker an als in einem Wechselfeld. Nach Erreichen eines bestimmten Maximalwertes jedoch werden die Verluste wieder geringer und haben bei Erreichen der Sättigungsinduktion den Wert Null. Gerade bei hohen Induktionen sind die Wechselfeldverluste in einem Drehfeld denen eines Wechselfeldes genau entgegengesetzt.
Die Erfindung geht nun aus von einer Spulenanordnung, die aus einem von einer Spule umwickelten magnetisierbaren Kern besteht und aus Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Gleichfeldes in dem Kern, das senkrecht zu dem magnetischen Wechselfeld steht, das von einem die Spule durchfließenden Wechselstrom in dem Kern erzeugt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Spulenanordnung so zu betreiben, daß eine optimale Belastung des Kernes hinsichtlich geringer Hystereseverluste vorliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer solchen Spulenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom und das magnetische Gleichfeld derart bemessen sind, daß in dem Kern praktisch Sättigungsinduktion herrscht und daß die Feldstärke des Gleichfeldes etwa gleich der Amplitude der Feldstärke des von dem Wechselstrom erzeugten magnetischen Wechselfeldes ist. Unter dieser Voraussetzung bleibt nämlich das wirksame Feld im Kern während einer Periode nahezu konstant und pendelt nur um einen Winkel 2(p hin und her, wobei p bei der erfindungsgemäßen Forderung, das Gleichfeld ungefähr der Amplitude des Wechselfeldes gleichzumachen, ungefähr 45' groß -ist.
Das erfindungsgemäße Vorgehen gestattet somit, Kerne für hohe Leistungen zu benutzen, gleichzeitig iabei aber die unerwünschten Wechselfeldverluste außerordentlich gering zu gestalten. Das quer zum Wechselfeld- anzuordnende vormagnetisierende Gleichfeld kann im Prinzip sowohl durch Gleichstrom als auch durch einen entsprechend ausgebildeten Permanentmagnet erzeugt werden. Hierbei ist lediglich darauf Rücksicht -zu nehmen, daß die Gleichfelderzeugende vom Wechselfluß tunlichst nicht durchflossen wird. Dies kann man entweder dadurch erreichen, daß man Schirmbleche vorsieht, oder, aber durch eine besondere Anordnung, bei welcher der Wechselfluß beispielsweise den Permanentmagnet nicht durchsetzen kann. Benutzt man bei der Erzeugung des - Gleichfeldes permanentmagnetische Ferritkerne oder ähnliche wechselstrommäßig verlustarme Baustoffe, dann steht auch nichts im Wege, die Gleichfelderzeugende in anderer Weise anzuordnen, beispielsweise auch so, daß der Wechselfluß über sie oder einen Teil von ihr fließt.
Auch für den Kern der Wechselstromdurchflossenen Spule wird man zweckmäßigerweise- Weikstoffe mit geringen Wechselfeldverlüsten benutzen. Da die beschriebene Anordnung auch für Hochfrequenz gedacht ist, ist es sinnvoll, auch in diesem Falle Ferritkerne zu verwenden.
Als Ausführungsbeispiel für die Erfindung sind verschiedene Möglichkeiten in der Zeichnung dargestellt. In Fig. 1 besteht, der zu, magnetisierende Kern aus einem Ringkern ä, dessen vorderer Teil der besseren Übersicht -wegen abgeschnitten ist. Dieser Ringkern a ist mit der Ringwicklung b versehen, die als Wechselstromwicklung dient und ein Wechselfeld in Richtung des Ringkernes erzeugt. Erfindungsgemäß soll nun ein Gleichfeld vorhanden sein, das den gesamten Kern senkrecht zur Wechselflußrichtung durchsetzt. Im bezeichneten Beispiel wird dies durch die Permanentmagnete c und d erzeugt, die entweder in Form von magnetischen Platten oder magnetischen Ringen an den Stirnseiten des Ringes vorgesehen sind und die so magnetisiert und angeordnet sind, daß der Gleichfluß, in der gezeigten Ausführungsform beispielsweise von unten nach oben, den Kern ca durchsetzt und eine Größe ungefähr der Amplitude des Wechselfeldes entsprechend besitzt. Hierbei dringt praktisch kein Wechselfeld in die Permanentmagnete c und d ein, so daß Abschirmbleche oder die Ausbildung der Magnete als Pulvermagnete nicht unbedingt erforderlich ist, c und d also auch aus massivem Material bestehen können.
Bildet man nun Ringkerne der Fig. 1 mit einer Höhe aus, die gr#ößer als der Durchmesser des Ringes ist, dann kann man die Anordnung auch entsprechend der Fig.2 ausbilden. e ist der Ringkern mit großer Höhe. Die dazu erforderliche Wicklung ist der Übersichtlichkeit wegen fortgelassen worden. An Stelle der; Platten- oder Ringmagnete der Fig. 1 kann man nun im Innern des Ringkernes in Richtung der Achse einen stabförmigen Magnet anordnen, mit f bezeichnet, dessen äußeres Feld im wesentlichen durch den Kern e geschlossen wird. Auch hierbei steht das Gleichfeld senkrecht auf dem Wechselfeldfluß. Ebenso kann in diesem Falle der Permanentmagnet f aus massivem Metall bestehen, da er praktisch keine Wechselfeldlinien erfaßt.
In der Fig. 3 ist eine andere Möglichkeit der Verwirklichung des Erfindungsgedankens dargestellt, die auch in der Fig. 4 Anwendung gefunden hat. Hierbei besitzt der Wechselstromkern, in Richtung des Wechselfeldflusses gesehen, einen Ausschnitt. Dieser Ausschnitt ist durch einen entsprechend ausgebildeten, die ursprüngliche Kernform ergänzenden Permanentmagnet ausgefüllt. g ist der Wechselstromkern, k die dazugehörige wechselstromdurchflossene Spule. Der, Kern g enthält einen Einsatz i aus permanentem Magnetwerkstoff, der so magnetisiert ist. und an der anderen Keilfläche, 1, beispielsweise Südpol daß an der einen Keilfläche, k, beispielsweise Nordpol ist. Das Gleichfeld schließt sich dann über den Kern g, und zwar senkrecht zur Wechselfeldflußrichtung, und ist annähernd so groß wie die Wechselfeldamplitude. Die Fig. 4 ist, wie bereits erwähnt, ähnlich aufgebaut, nur mit dem Unterschied, daß es sich hierbei um einen Schalenkern handelt, in welchem die Spule m untergebracht ist. Der Schalenkern besteht in bekannter Weise aus zwei Teilen n und o, die jeweils einen sektorförmigen Teil p aus Permanentmagnetwerkstoff enthalten. Auch hier steht das Gleichfeld, das den gesamten Kern durchsetzt, senkrecht auf den Wechselfeldlinien.
Es sei noch erwähnt, daß Kern g bzw. Spule lt der Fig. 3 relativ zueinander beweglich angeordnet sein können, so daß es möglich ist, den Induktivitätswert der Spule h zu ändern und damit eine variometerähnliche Anordnung zu schaffen, die, da sie insbesondere für hohe Leistungen bestimmt sein soll, als Sendervariometer benutzt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Betrieb einer Spulenanordnung, die aus einem von einer Spule umwickelten magnetisierbaren Kern besteht und aus Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Gleichfeldes in dem Kern, das senkrecht zu dem magnetischen Wechselfeld steht, das von einem die Spule durchfließenden Wechselstrom in dem Kern erzeugt wird, insbesondere für Variometer hoher Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom und das magnetische Gleichfeld derart bemessen sind, daß in dem Kern praktisch Sättigungsinduktion herrscht und daß die Feldstärke des Gleichfeldes etwa gleich der Amplitude der Feldstärke des von dem Wechselstrom erzeugten magnetischen Wechselfeldes ist.
2. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 betriebene Spulenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichfeld durch einen Permanentmagnet erzeugt wird.
3. Spulenanordmmg nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet derart angeordnet ist, daß kein oder nur ein geringer Wechselfluß in ihn eindringt.
4. Spulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet durch Schirmbleche abgeschirmt ist.
5. Spulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet aus einem wechselstrommäßig verlustarmen Material, z. B. Ferrit, besteht.
6. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 betriebene Spulenanordnung oder Spulenanordnung nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Wechselfeldes aus wechselstrommäßig verlustarmem Material, insbesondere Ferrit, besteht.
7. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 betriebene Spulenanordnung; oder Spulenanordnung nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringkern, z. B. aus Ferrit, mit der Wechselstron-Lwicklung versehen, an den Stirnseiten, gegebenenfalls mit Abstand, mit je einem Scheiben- oder ringförmigen Permanentmagnet ausgerüstet ist. B.
Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 betriebene Spulenanordnung oder Spulenanordnung nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringkern, z. B. aus Ferrit, dessen Höhe größer als sein Durchmesser ist, mit der Wechselstromwicklung versehen, im inneren Hohlraum einen in Achsrichtung verlaufenden, stabförmigen Permanentmagnet enthält.
9. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 betriebene Spulenanordnung oder Spulenanordnung nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromkern, in Richtung des Wechselfeldflusses gesehen, einen Ausschnitt besitzt, in welchen ein die ursprüngliche Form ergänzender Permanentmagnet eingesetzt ist, dessen Pole so ausgebildet sind, daß das Gleichfeld den Wechselstromkern senkrecht zur Wechselfeldflußrichtung durchsetzt.
10. Spulenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein voller oder hohler stabförmiger Wechselstromkern mit auf ihm angebrachter Wicklung einen in Richtung der Kernachse über die gesamte Kernlänge verlaufenden permanentmagnetischen Einsatz enthält, dessen Feldlinien in Richtung der Spulenwindungen den Weehselstromkern durchsetzen.
11. Spulenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromkern und die Wicklung relativ zueinander verschiebbar sind.
12. Spulenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromkern als Schalenkern mit permanentmagnetischem Einsatz ausgebildet ist.
13. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 betriebene Spulenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet Polstücke trägt, die den Fluß im Wechselstromkern konzentrieren. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 577 357; österreichische Patentschrift Nr. 171642; »Funk«, 1936, S. 226.