DE1075740B - - Google Patents

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DE1075740B
DE1075740B DENDAT1075740D DE1075740DA DE1075740B DE 1075740 B DE1075740 B DE 1075740B DE NDAT1075740 D DENDAT1075740 D DE NDAT1075740D DE 1075740D A DE1075740D A DE 1075740DA DE 1075740 B DE1075740 B DE 1075740B
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/10Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures specially adapted for alternating current

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Description

  • Elektromagnet Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, bestehend aus einem Kern mit drei parallelen, im wesentlichen gleichen Schenkeln gleichen Querschnitts und einem beweglichen Stück aus magnetisierbarem Stoff (Anker), das die partiellen magnetischen Kreise der Schenkel gleichzeitig schließt, dessen Kernschenkel zwei Wicklungen tragen, die von phasenverschobenen Strömen durchflossen werden und deren eine den einen äußeren Schenkel des. Kernes umgibt und deren andere den mittleren Schenkel und den ersterwähnten Schenkel gleichzeitig konzentrisch mit der ersten Wicklung umfaßt und die von um 60° in Bezug aufeinander phasenverschobenen Spannungen gespeist werden. Erfindungsgemäß haben diese Wicklungen die gleiche Wicklungsrichtung, die gleiche Windungszahl und die gleiche Impedanz, wobei auch der Querschnitt der drei Schenkel gleich ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für eine elektromagnetische Kupplung mit mehreren Elektromagneten sind die Elektromagneten mit ihren Schenlceln sternförmig angeordnet, wobei die erste Wicklung gleichzeitig sämtliche nach dem Sternmittelpunkt zu gerichteten Schenkel der Kerne und die zweite Wicklung gleichzeitig konzentrisch sämtliche mittleren Schenkel und sämtliche ersterwähnten Schenkel dieser Kerne umgibt. Bei der Schaltung für die Speisung eines Elektromagneten nach der Erfindung sind die Enden der beiden Wicklungen an eine Phase und die anderen Enden der Wicklungen an je Eine andere Phase des Drehstroms angeschlossen. An sich ist ein Elektromagnet bekannt, der aus einem Kern mit drei parallelen, im wesentlichen gleichen Schenkeln gleichen Querschnitts besteht und mit einem beweglichen Stück aus magnetisierbarem Stoff zusammenarbeitet, welches in der Lage ist, die partiellen magnetischen Kreise der Schenkel gleichzeitig zu schließen, wobei die Schenkel Wicklungen tragen, welche von phasenverschobenen Strömen durchflossen werden, und der eine äußere Schenkel des Kernes von einer ersten Wicklung umgeben ist, während der mittlere Schenkel und der ersterwähnte Schenkel gleichzeitig von einer zweiten, zur ersten konzentrischen Wicklung umgeben sind, und diese beiden Wicklungen von um 60° in Bezug aufeinander phasenverschobenen Spannungen gespeist werden. Bei den bisher bekannten Elektromagneten dieser Bauart sind aber keine Mittel vorhanden, welche benutzt werden müssen, um die Eigenschwingungen zu unterdrücken. Man hat bisher lediglich geräuschvermeidende Bleche angeordnet, welche aber den erheblichen Nachteil besitzen, daß sie senkrecht zu dem Verlauf der Kraftlinien des magnetischen Flusses stehen, so daß in ihnen sehr hohe Verluste auftreten. Dabei können sie die Rolle von kurzgeschlossenen Windungen der üblichen Einphasenelektromagneten spielen. Bei den bisher bekannten Magneten der obigen Bauart konnte aber die Schwingungskomponente nicht unterdrückt werden, da die Polflächen ungleich waren. Erst auf Grund der Erfindung konnte der gewünschte Effekt erzielt werden, nämlich dadurch, daß die Wicklungen die gleiche Wicklungsrichtung, die gleiche Windungszahl und die gleiche Impedanz haben und der Querschnitt der drei Schenkel gleich ist. Es ist somit auf Grund der Erfindung erstmalig ein Elektromagnet geschaffen, welcher sehr starke Kräfte auslöst und völlig ruhig arbeitet. Insbesondere gestattet der Magnet nach der Erfindung eine wesentliche Vereinfachung der Ausführung elektromagnetischer Kupplungen.
  • Nachfolgend wird bewiesen, daß auf Grund der erfindungsgemäßen --Anordnung in den drei Schenkeln dreiphasige magnetische Flüsse, d. h. solche, die um untereinander verschoben sind, erzielt werden können.
  • Demzufolge verhält sich ein derartiger Elektro,-mM net so, als ob die drei Schenkel seines Kernes einzeln mit drei gleichen Wicklungen versehen wären, von denen jede von einer -der drei Phasen des Drehstromes gespeist würde. Man erhält also, mit anderen Worten, einen. nicht schwingenden Elektromagneten großer Anziehungskraft.
  • Die Erfindung ist besonders für elektromagnetische Kupplungen vorteilhaft, die mehrere gleichmäßig auf einem Kreis verteilte Polstücke aufweisen. In diesem Fall wird jedes Polstück von einem Kern mit drei Schenkeln gebildet, deren Polflächen sämtlich in einer Ebene liegen. Eine erste Wicklung umgibt die in der Nähe des Zentrums des Kreises befindlichen Schenkel, während eine gleiche zweite Wicklung, die in dem Zwischenraum zwischen dem, vom Zentrum des Kreises aus gerechnet, zweiten und dritten Schenkel jedes Kernes liegt ;gleichzeitig den ersten und zweiten Schenkel jedes Kernes umgibt.
  • Auf diese Weise genügen, unabhängig von der Anzahl verwendeter Polstücke, zwei Wicklungen zu deren Erregung. In dem obenerwähnten Beispiel wird also die Zahl der Wicklungen von zwölf auf zwei verringert.
  • Während die einzelnen, bisher verwendeten Wicklungen aus dünnem, also leicht brechendem Draht bestehen müssen und ihre Herstellung und Anbringung große Schwierigkeiten macht, können die erfindungsgemäßen Wicklungen aus stärkerem Draht bestehen und sind leichter zu wickeln und anzubringen. Die hierdurch erzielten Ersparnisse sind demnach beträchtlich.
  • Bei Verwendung von Drehstrom bereitet die Speisung der beiden Wicklungen mit zwei Spannungen, deren Phasen um 60° gegeneinander verschoben sind, keinerlei Schwierigkeiten. Hierzu genügt es, ein Ende der beiden Wicklungen an eine der Phasen und die beiden anderen Enden an die beiden anderen Phasen anzuschließen. Bei anderen Arten von Wechselströmen ist es durch wohlbekannte Schaltungen immer möglich, zwei derart phasenverschobene Spannungen zu erzielen.
  • Aus nachfolgender Beschreibung an Hand der beispielsweisen Zeichnung geht die praktische Ausführung der Erfindung hervor. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektromagneten, Fig.2 eine vektorielle Darstellung der in der Schaltung von Fig.1 auftretenden Wechselspannungen, Fig. 3 einen Axialschnitt nach der Linie III-III von Fig. 4 einer Bremse eines Elektromotors als Beispiel einer elektromagnetischen Kupplung, Fig.4 einen Schnitt derselben Bremse nach der Linie IV-IV von Fig. 3.
  • Der in Fig.1 dargestellte Elektromagnet besitzt einen Kern N mit drei gleichen und parallelen SchenkeIn Bi, B2 und B3, dessen magnetischer Kreis durch einen Anker A geschlossen wird, der die Polflächen der drei Schenkel überbrückt und auf diese zu beweglich ist. Dieser Elektromagnet wird von der Wicklung 1, welche den Schenkel Bi umgibt, und von der Wicklung 2 erregt, welche gleichzeitig die Schenkel Bi und B2 umgibt. Beide Wicklungen haben die gleiche Windungszahl. Der Übersichtlichkeit halber ist von jeder Wicklung nur eine Windung dargestellt.
  • Zwei um 60° phasenverschobene Spannungen liegen an diesen Wicklungen. Hierzu sind die beiden entsprechenden Enden. der Wicklungen 1 und 2 an eine Phase u3 eines Drehstromnetzes angeschlossen und die beiden anderen Enden der Wicklungen je an eine der anderen Phasen zsi und u2 desselben Netzes.
  • Wie aus der vektoriellen Darstellung der Spannungen in Fig. 2 ersichtlich, wird die Wicklung 1 von der Spannung V1 und die Wicklung 2 von der Spannung V2 gespeist, deren Phasen um 60° gegeneinander verschoben sind. Die Spannungen V1 und V2 können aus irgendwelchen Wechselspannungen entweder durch statische Phasenumformer mit entsprechend bemessenen Induktivitäten oder Kondensatoren oder durch elektrodynamische Schaltungen erzeugt werden. Die Wicklungen 1 und 2 induzieren in den Schenkeln des Kernes N veränderliche magnetische Flüsse (F1, (p2, 993. Nimmt man an, daß die Permeabilität des Kernes N hoch genug ist, so daß die Flußverluste in der Luft vernachlässigt werden können, und wählt man eine positive Flußrichtung jn den Schenkeln Bi, B2 und B3, z. B. in Richtung auf deren Enden, so ist: T1 '+' (P2 + P3 - 0. (I) Setzt man die Spannungen gleich den Flußänderungen, welche sie erzeugen, so erhält man für die Wicklung 1: und für die Wicklung 2: Hieraus ergibt sich: Setzt man diese Werte in die differenzierte Gleichung (I) ein, so erhält man: Aus dem Schema von Fig. 2 ist sofort ersichtlich, daß die drei Spannungsvektoren V1, V2-Th und -Tl2 ein dreiphasiges System bilden. Dasselbe gilt für die Flüsse und Induktionen. Der in Fig. 1 dargestellte dreischenklige Elektromagnet verhält sich mit anderen Worten so, als ob sich auf jedem seiner Schenkel eine unabhängige Wicklung befände und diese Wicklungen von den drei Phasen eines Drehstromes gespeist würden. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind ohne weiteres ersichtlich Der Elektromagnet besitzt nur zwei Spulen statt drei; zwischen zwei Schenkeln des Kernes liegt nur eine Wicklungsstärke. Hierdurch können diese Schenkel einerseits näher beieinander liegen, d. h., man kann ihre Abstände und damit die Reluktanz des magnetischen Kreises verringern. Andererseits ist die Isolierung der Wicklungen leichter, da sie derart angeordnet werden können, daß sie keinerlei Berührungspunkte haben.
  • Die Erfindung ist noch vorteilhafter, wenn die elektromagnetische Vorrichtung, z. B. eine Kupplung, mehrere Elektromagneten besitzen muß und diese zusammen von dem gleichen Wicklungspaar erregt werden können.
  • So sind in Fig. 3 und 4 bei der dort dargestellten Motorbremse vier dreipolige Kerne Na, NU, N, und Md gleichmäßig um eine Welle 3 verteilt, welche in diesem Falle die Welle eines Elektromotors ist. Die vier Kerne werden von einem flachen, feststehenden Ring 4 getragen. Dieser Ring ist am Ende von vier Bolzen 5 befestigt, die von dem Ständergehäuse 6 des Motors getragen werden, dessen Welle 3 in Lagern - wie das Lager 7 - gelagert ist. Der bewegliche Anker A besteht aus einem Ring aus ferromagnetischem Stoff mit Bohrungen, durch die die Bolzen 5 frei hindurchtreten. Der Ring Ä ist mit einem zweiten flachen Ring 9 fest verbunden, der durch die Bolzen 5 geführt ist; die flachen Ringe 10 und 11 sind ähnlich auf denselben Bolzen gleitend angebracht.
  • Zwischen den flachen Ringen 9 und 10 einerseits sowie 10 und il andererseits sind die gegenüber den flachen Seiten dieser Ringe mit Reibbelägen 14 versehenen Scheiben 12 und 13 angeordnet. Diese Scheiben sind rotationsmäßig mit der Welle 3 verbunden. Diese Welle trägt eine verkeilte, aus zwei Teilen 15 a und 15 b bestehende Muffe, welche durch die Mutter 16 gehalten wird. Parallel zur Achse der Welle 3 verlaufende Spindeln 17 werden an ihren Enden von den Flanschen dieser Muffe getragen. Auf diesen Spindeln können die Scheiben 12 und 13 sich hin und her bewegen. Die Spindeln 17 gehen in der \Tähe des Zentrums der Scheiben durch diese hindurch. Die Federn 18, welche zwischen den Scheiben auf die Spindeln geschoben sind, halten die Scheiben auseinander.
  • Die zwischen den flachen Ringen 9, 10 und 11 auf die Bolzen 5 geschobenen Federn 19 drücken diese ebenso .auseinander. Starke, zwischen dem ersten beweglichen Ring 9 und dem festen Ring 4 auf den Bolzen 5 geschobene Federn 20 drücken dagegen die Scheiben und die flachen Ringe gegeneinander.
  • Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Sind die Wicklungen 1 und 2 nicht unter Spannung, so drücken die Federn 20 die Scheiben und die flachen Ringe gegeneinander, und die Motorwelle kann sich nicht drehen. Werden der Motor und die Wicklungen 1 und 2 eingeschaltet, so wird der Anker A angezogen, und die Federn 20 werden zusammengedrückt, während die Federn 18 und 19 sich entspannen, wodurch sie die Scheiben und die Ringe voneinander lösen. Hierdurch kann der Motor sich frei drehen. Umgekehrt wird der Motor bei Abschalten des Stromes wieder gebremst.
  • Der Motor wird aus Sicherheitsgründen nur freigegeben, wenn er eingeschaltet ist, bei Abschalten oder Stromausfall wird er dagegen gebremst.
  • Zur Einstellung des Luftspaltes zwischen dem Anker A und den Magnetkernen und zur Vermeidung eines Klebens desselben infolge der Restmagnetisierung begrenzen einstellbare Anschläge 21 die Bewegung des Ankers A in Richtung auf die Polflächen der, Kerne.
  • Im Falle der beschriebenen Bremse sind die Wicklungen 1 und 2 feststehend und können über feststehende Anschlüsse mit dem Netz verbunden werden.
  • Im Falle einer elektromagnetischen Kupplung ähnlicher Konstruktion, bei welcher der Ring 4 und die Bolzen 5 jedoch rotieren würden, können die Wicklungen 1 und 2 über drei Ringe mit drei Bürsten gespeist werden. Eine ähnliche Anordnung kann bei einem Futter vorgesehen werden, welches die zu bearbeitenden Stücke magnetisch spannen soll.
  • In allen Fällen kann die Anzahl der Kerne beliebig (gerade oder ungerade) sein, und nur zwei Wicklungen genügen zu ihrer Erregung.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektromagnet, bestehend aus einem Kern mit drei parallelen, im wesentlichen gleichen Schenkeln gleichen Querschnitts und einem beweglichen Stück aus magnetisierbarem Stoff (Anker), das die partiellen magnetischen Kreise der Schenkel gleichzeitig schließt, dessen Kernschenkel zwei Wicklungen tragen, die von phasenverschobenen Strömen durchflossen werden und deren eine den einen äußeren Schenkel des Kernes umgibt und deren andere den mittleren Schenkel und den ersterwähnten Schenkel gleichzeitig konzentrisch mit der ersten Wicklung umfaßt und die von um 60° in Bezug aufeinander phasenverschobenen Spannungen gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wicklungen die gleiche Wicklungsrichtung, die gleiche Windungszahl und die gleiche Impedanz haben und der Querschnitt der drei Schenkel gleich ist.
  2. 2. Elektromagnetische Kupplung mit mehreren Elektromagneten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagneten mit ihren Schenkeln sternförmig angeordnet sind, die erste Wicklung (1) gleichzeitig sämtliche nach dem Sternmittelpunkt zu gerichteten Schenkel der Kerne und die zweite Wicklung (2) gleichzeitig konzentrisch sämtliche mittleren Schenkel und sämtliche ersterwähnten Schenkel dieser Kerne umgibt (Fig. 4).
  3. 3. Schaltung für die Speisung eines Elektromagneten gemäß Anspruch 1 oder einer elektromagnetischen Kupplung gemäß Anspruch 2 mit Drehstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der beiden Wicklungen (1, 2) an eine Phase (u3) und die anderen Enden der Wicklungen (1, 2) an je eine andere Phase (ui, u2) des Drehstromes angeschlossen sind (Fig. 1). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 154 866, 473 576, 592 695; österreichische Patentschrift Nr. 107 253; französische Patentschriften Nr. 581256, 951952; britische Patentschrift Nr. 295 739; USA.-Patentschrift Nr. 1940 687.
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