DE1084354B

DE1084354B - Electromagnetically controlled carbon pressure resistance

Info

Publication number: DE1084354B
Application number: DEB43557A
Authority: DE
Inventors: William Greene Neild
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1956-02-17
Filing date: 1957-02-16
Publication date: 1960-06-30

Description

Elektromagnetisch gesteuerter Kohledruckwiderstand Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetisch gesteuerten Kohledruckwiderstand mit einer das Druckglied für die Kohlesäule tragenden Ankeranordnung, die durch eine Feder gehalten wird, deren Federungseigenschaften sich mit der Temperatur ändern.Electromagnetically Controlled Carbon Pressure Resistor The invention relates to relies on an electromagnetically controlled carbon pressure resistor with a das Pressure member for the armature assembly carrying the coal column, which is held by a spring whose suspension properties change with temperature.

Derartige Kohledruckregler werden weithin zur Regelung der Spannung,- der Stromstärke und der Frequenz von Dynamomaschinen verwendet. Diese Kohledruckregler arbeiten mit Veränderung des auf Kohlescheiben wirkenden Drucks. Auf der einen Seite sind die Scheiben fest gelagert, auf der anderen Seite der Scheiben wirkt zwecks Ausübung eines regelbaren Drucks ein Anker, der von einer federnden Membran gehalten wird, welche den Anker gegen die Scheiben zu drücken strebt. Ein Elektromagnet zieht bei Erregung den Anker von den Scheiben gegen den Zug der Membran weg. Zur einwandfreien Arbeitsweise muß die auf den Anker wirkende magnetische Zugkraft der Federkraft entsprechen, wenn der Luftspalt sich ändert. Früher verlangte man in bezug auf die Arbeitsbedingungen, daß Raumtemperatur und abgegebene Leistung die Temperatur der Meanbran nicht derart steigerten, daß sich Änderungen der Federungseigenschaften der Membran ergaben. Die Federn wurden gewöhnlich aus Berylliumkupfer hergestellt.Such coal pressure regulators are widely used to regulate the voltage, the amperage and frequency used by dynamo machines. These coal pressure regulators work by changing the pressure acting on carbon disks. On the one hand the panes are firmly mounted, on the other side of the panes acts for the purpose Exercise of a controllable pressure an armature, which is held by a resilient membrane which tends to press the anchor against the discs. An electromagnet pulls when energized, move the armature away from the disks against the pull of the membrane. To the impeccable The mode of operation must be the magnetic tensile force acting on the armature of the spring force when the air gap changes. In the past one demanded in relation to the Working conditions that room temperature and the power output is the temperature of the Meanbran did not increase to such an extent that there were changes in the suspension properties of the membrane. The springs were usually made from beryllium copper.

Nun sind aber häufig die Bedingungen so, daß der Kohledruckregler bei verhältnismäßig hoher Temperatur der Umgebung arbeitet und gleichzeitig die in den Kohlescheiben vernichtete elektrische Energie ableitet. Unter diesen Bedingungen erreicht die Temperatur der Membranfeder einen Wert, bei dem die Berylliumkupferfeder ihre Elastizität verliert. Um diesen unbefriedigenden Zustand zu beheben, wurde Federmaterial aus hochhitzebeständigem rostfreiem Stahl untersucht. Es hat sich gezeigt, daß der Regler bei Verwendung des erwähnten Materials für die Membranfeder bei höheren Temperaturen einwandfrei arbeitet, jedoch nicht, wenn der Regler auf normale Raumtemperatur -abgekühlt wird. Nach Anlauf in kaltem Zustand ist daher die geregelte Spannung zu hoch und nimmt dann allmählich bei Erwärmung des Reglers auf einen stabilen Wert ab. Diese Wirkung ist entgegengesetzt der bei einem Kohledruckregler normalerweise auftretenden Erscheinung, daß Temperaturänderungen infolge der Spulenerwärmung die Spannung niedrig einsetzen und allmählich mit der Temperatur zunehmen lassen. Es wurde festgestellt, daß die oben beschriebene unerwünschte Wirkung der Stahlfeder zuzuschreiben ist, welche ihre Steifigkeit in kaltem Zustand erhöht.But the conditions are often such that the coal pressure regulator works at a relatively high temperature of the environment and at the same time the dissipates electrical energy destroyed in the carbon discs. Under these conditions the temperature of the diaphragm spring reaches a value at which the beryllium copper spring loses its elasticity. In order to remedy this unsatisfactory state, was Investigated spring material made of heat-resistant stainless steel. It has shown that the regulator when using the mentioned material for the diaphragm spring works perfectly at higher temperatures, but not when the controller is on normal room temperature. It is therefore cold after start-up the regulated voltage is too high and then gradually decreases as the regulator warms up to a stable value. This effect is opposite to that of a coal pressure regulator normally occurring phenomenon that temperature changes due to the coil heating Keep the voltage low and gradually increase with temperature. It has been found that the above-described undesirable effect of the steel spring is attributable to which increases its rigidity in the cold state.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten besteht gemäß der Erfindung die Ankeranordnung mindestens teilweise aus einem Material mit temperaturabhängiger Permeabilität, die sich mit der Temperatur derart ändert, daß die auf den Anker wirkenden elektromagnetischen Kräfte den Federungseigenschaften jeweils angeglichen sind.In order to overcome these difficulties, there is according to the invention the anchor assembly at least partially made of a material with temperature-dependent Permeability, which changes with temperature in such a way that the impact on the anchor acting electromagnetic forces adjusted to the suspension properties are.

Vorzugsweise wird dabei ein Federteil aus hochtemperaturfestem rostfreiem Stahl angewendet. Findet derartiges Federmaterial Anwendung, so wird in kaltem Zustand die Feder, eine höhere Steifigkeit besitzen. Um den Folgeerscheinungen der Steifigkeitszunahme bei fallender Temperatur entgegenzuwirken, ist in der Ankeranordnung ein Teil. aus magnetischem Material verwendet, welches in kaltem Zustand eine größere Permeabilität besitzt als in erwärmtem Zustand. Es wird auf diese Weise die größere Steifigkeit der Federanordnung in kaltem Zustand dadurch ausgeglichen, daß die auf den Anker wirkende Kraft in Anbetracht des temperaturabhängigen Ankerteils vergrößert wird, so daß auf diese Weise eine Anpassung der Temperaturcharakteristik der Feder und der elektromagnetischen Kraft, welche auf die Ankeranordnung bei Änderung des Luftspalts wirkt, erfolgt. Bei höherer Temperatur wird dann die Steifigkeit der Feder geringer und der temperaturabhängige Teil des Ankers verliert an magnetischer Permeabilität, derart, daß auch die auf den Anker wirkende Zugkraft geringer wird.A spring part made of high-temperature-resistant stainless steel is preferably used Steel applied. If such a spring material is used, it is in a cold state the spring, have a higher stiffness. To the consequences of the increase in stiffness Counteracting this when the temperature drops is part of the armature assembly. the end magnetic material is used, which has a greater permeability when cold possesses than when heated. This way it becomes the greater rigidity the spring assembly in the cold state compensated by the fact that the armature acting force is increased in view of the temperature-dependent armature part, so that in this way an adaptation of the temperature characteristics of the spring and the electromagnetic force that acts on the armature assembly when the air gap changes acts, takes place. At a higher temperature, the stiffness of the spring is then lower and the temperature-dependent part of the armature loses magnetic permeability, such that the tensile force acting on the armature is also reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Beschreibung und den Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 im Schnitt den Elektromagneten und Anker eines Kohledruckreglers gemäß der Erfindung; Fig.2 und 3 sind schematische Darstellungen des elektromagnetischen Aufbaues; Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise der Vorrichtung veranschaulicht.An embodiment of the invention is in the description and the drawings explained. In the drawing, Fig. 1 shows the electromagnet in section and armature of a coal pressure regulator according to the invention; Figures 2 and 3 are schematic Representations of the electromagnetic structure; Fig. 4 is a diagram which illustrates the operation of the device.

In Fig. 1 ist der Kohledruckregler als Ganzes mit 5 bezeichnet, wobei nur der den Elektromagneten -und den Anker enthaltende Teil des Reglers veranschau= licht- ist. -Der Regler 5 besitzt Kohlescheiben 6, Gehäuse-Kühlrippen 7 und ein Gehäuse B. Das Gehäuse 8 besitzt eine Grundplatte 9, auf der ein Mantelteil 10 gelagert ist. Die Platte 9 und der Mantelteil 10 sind aus einem geeigneten ferromagnetischen Material. Ein Kern 11 aus gleichartigem ferromagnetischem Material ist auf der Platte 9 angeschraubt und durchsetzt eine Wicklung 12, die innerhalb des Gehäusemantels 10 zwischen der Platte 9 und einem Flansch 13 angeordnet ist, der einwärts verläuft und die Polfläche des Elektromagneten bildet.In Fig. 1, the coal pressure regulator is designated as a whole with 5, wherein only the part of the regulator containing the electromagnet and the armature is shown = is light. -The regulator 5 has carbon disks 6, housing cooling fins 7 and a Housing B. The housing 8 has a base plate 9 on which a casing part 10 is mounted is. The plate 9 and the jacket part 10 are made of a suitable ferromagnetic material Material. A core 11 made of the same ferromagnetic material is on the plate 9 screwed on and penetrates a winding 12 within the housing jacket 10 is arranged between the plate 9 and a flange 13 which extends inwardly and forms the pole face of the electromagnet.

Ein Anker 16 ist im Gehäuse 10 angeordnet und besitzt eine auf dem Flansch 13 aufsitzende Membranfeder 15. Die Feder 15 besteht aus rostfreiem Stahl. Die Ankerplatte 16 ist auf der zum Kern 11 hingewendeten Seite der Feder 15 angeordnet. Auf der entgegengesetzten Seite der Feder 15 ist eine Spannplatte 14 angeordnet, so daß die Feder 15 zwischen den Platten 16 und 17 durch Befestigungsschrauben 18 eingespannt ist. Ein Ringteil 19 zum Halten eines Zylinders 20 ist auf der Platte 17 mittels Schrauben 21 angebracht. Ein Isolator 22 isoliert den Ringteil 19 von der Platte 17.An armature 16 is arranged in the housing 10 and has a diaphragm spring 15 seated on the flange 13. The spring 15 is made of stainless steel. The anchor plate 16 is arranged on the side of the spring 15 facing the core 11. A tensioning plate 14 is arranged on the opposite side of the spring 15, so that the spring 15 is clamped between the plates 16 and 17 by fastening screws 18. A ring member 19 for holding a cylinder 20 is attached to the plate 17 by means of screws 21. An insulator 22 isolates the ring part 19 from the plate 17.

Die Ankerplatte 16 besteht aus ferromagnetischem Material. Ein Flansch 23 ist auf der Ankerplatte 16 befestigt. Der Flansch 23 besteht aus einer temperaturabhängigen magnetischen Nickel-Eisen-Legierung, die ihre magnetische Permeabilität mit der Temperatur ändert, so daß sie in kaltem Zustand magnetisch und in heißem Zustand weniger magnetisch bis nichtmagnetisch wird.The anchor plate 16 is made of ferromagnetic material. A flange 23 is attached to the anchor plate 16. The flange 23 consists of a temperature-dependent magnetic nickel-iron alloy, which increases its magnetic permeability with the Temperature changes so that it is magnetic in the cold state and magnetically in the hot state becomes less magnetic to non-magnetic.

Die Ankeranordnung 14 kann als in drei Bereiche unterteilt betrachtet werden, nämlich Bereich A, Be- reich B, Bereich C. Unter Vernachlässigung magre-' tischer Streuung zeigt Fig. 2, daß ohne den Flanschteil 23 die durch Bereich A verlaufenden magnetischen Kraftlinien den Bereich B, wie durch den ausgezogenen Pfeil angedeutet, durchsetzen. Die ausgeübte Kraft ändert sich mit dem Ouadrat der Flußdichte, und der Bereich A, der kleiner als Bereich B ist, übt einen größeren Zug aus. Durch Hinzukommen des Flanschteils 23 wird der Bereich C gebildet, der den Bereich B vergrößert, womit eine Zunahme der Flußdichte in Bereich A bewirkt wird, wie durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist. Dies bewirkt einen verstärkten Zug bei gleicher Amperewindungszahl in der Spule. Bei konstantem Luftspalt und konstanter Amperewindungszahl in der Spule ist daher der Zug auf die Ankeranordnung größer, wenn der Regler kalt ist als wenn er heiß ist, und nimmt ab, bis der Teil 23 nichtmagnetisch wird. Da der Flansch 23 nahe an der Feder 15 1 angeördnet ist, wird er mit nahezu gleicher Geschwindigkeit wie die Feder von den Kohlescheiben her erwärmt.The anchor assembly 14 may be considered as divided into three areas, namely, area A, area B, area C. Neglecting magre- 'jects Fig. 2 shows that without the flange 23, the plane passing through the area A magnetic lines of force to the region B, as indicated by the solid arrow, enforce. The force exerted changes with the square of the flux density, and area A, which is smaller than area B , exerts greater tension. By adding the flange part 23, the area C is formed, which enlarges the area B, thus causing an increase in the flux density in area A, as indicated by dashed arrows. This causes an increased pull with the same number of ampere-turns in the coil. With a constant air gap and constant number of ampere-turns in the coil, the tension on the armature assembly is therefore greater when the regulator is cold than when it is hot, and it decreases until the part 23 becomes non-magnetic. Since the flange 23 is attached close to the spring 15 1, it is heated by the carbon disks at almost the same speed as the spring.

Durch die Wahl des richtigen Materials mit den gewünschten magnetischen Eigenschaften und die richtige Größe für den Flansch 23 kann die Temperaturabhängigkeit der Zugkraft des Elektromagneten der Temperaturabhängigkeit der Elastizität der Federmembran 15 angepaßt werden, was sich in richtiger Arbeitsweise des Reglers auswirkt. In Fig.4 veranschaulicht die ausgezogene Kurve die Wirkung des Spannungsreglers ohne Flansch 23, wobei die geregelte Spannung als Funktion der Zeit, vom Einschaltzeitpunkt an gerechnet, aufgetragen ist. Die gestrichelte Kurve veranschaulicht die Wirkung des Reglers mit dem Flansch 23.By choosing the right material with the desired magnetic Properties and the correct size for the flange 23 can be the temperature dependence the tensile force of the electromagnet the temperature dependence of the elasticity of the Spring diaphragm 15 can be adjusted, resulting in proper operation of the controller affects. In Figure 4, the solid curve illustrates the effect of the voltage regulator without flange 23, the regulated voltage as a function of time from the switch-on time counted on, is applied. The dashed curve illustrates the effect of the regulator with the flange 23.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrically controlled carbon pressure resistor with one of the pressure member for the carbon column supporting anchor assembly, which is through a Spring is held, the spring properties of which change with temperature; characterized in that the anchor arrangement is at least partially made of one material with temperature-dependent permeability, which changes with the temperature in such a way changes that the electromagnetic forces acting on the armature affect the suspension properties are adjusted in each case.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the spring in the cold state has an increased stiffness and the armature arrangement partly consists of a material that decreases with increasing temperature having magnetic permeability.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the armature assembly has an inner part made of a ferromagnetic Material and an outer part with temperature-dependent magnetic permeability having.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the spring from high temperature resistant stainless steel. Considered publications: U.S. Patent No. 2,332,139.