DE1113526B - Magnetkreisanordnung, insbesondere Impulstransformator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N7263Vmc/21g

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:

1. JUNI 1953

7. SEPTEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetkreisanordnung mit einer von unsymmetrischen, starken Strömen durchflossenen Wicklung und einem Kern aus hochpermeablem ferromagnetischem Material, bei der der Kern einen Spalt aufweist, in dem zur Vormagnetisierung des Kernes entgegen der Wirkung der unsymmetrischen Ströme ein in Richtung seiner kleinsten Abmessung magnetisierter Dauermagnet aus nahezu nichtleitendem Material angeordnet ist.

Eine solche Anordnung kann z. B. als Impulstransformator für die Übertragung von Funkmeßimpulsen, als Zündspule für eine Kraftwagen-Zündanlage, als polarisiertes Relais u. dgl. m. verwendet werden. Hierbei soll der Dauermagnet in einigen Fällen bewirken, daß eine höhere Stromstärke in der Magnetwicklung zulässig ist, ohne daß das ferromagnetische Material gesättigt wird, in anderen Fällen soll er das Feld im Luftspalt des Kreises auf einen hohen Wert steigern. Auf alle Fälle nimmt also der die Wicklung durchfließende Strom einen hohen Wert an.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, eine Anordnung zu schaffen, bei der der Dauermagnet, unabhängig vom Momentanwert der Stromstärke in der Wicklung, stets nach Wegfall des Stroms praktisch wieder denselben magnetischen Fluß im Kreis erzeugt, wobei die Sättigung des ferromagnetischen Materials des Kreises ausgenutzt und das zeitweilig von diesem Strom erzeugte entmagnetisierende Feld begrenzt wird.

Wie bekannt, wird für diesen Zweck nichtleitendes, dauermagnetisches Material benutzt, dessen Schwundfeldstärke ;H_C einen wesentlich höheren Wert aufweist als die koerzitive Feldstärke _BH_C. Der aus diesem Material hergestellte Dauermagnet füllt einen Spalt im ferromagnetischen Kreis vollständig aus und ist derart bemessen, daß er bei dem Stromwert Null das ferromagnetische Material gerade sättigt. Dann müßte die Schwundfeldstärke iH_c theoretisch mindestens das Zweifache der koerzitiven Feldstärke _BH_C betragen, damit das von einem Strom erzeugte entmagnetisierende Feld durch die Sättigung des ferromagnetischen Materials auf den erforderlichen Wert begrenzt wird. Zwar erfüllen die bisher bekannten ferromagnetischen Materialien diese Anforderung nicht, sofern dabei ,H_c und _BH_C nach der Einwirkung eines hohen Polarisationsfeldes gemessen werden, aber durch teilweise Entmagnetisierung ist dennoch leicht ein zweckdienlicher Wert von ,H_c und _BH_C erzielbar, bei dem die erwähnte Anforderung erfüllt wird.

Magnetkreisanordnung,
insbesondere Impulstransformator

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 3. Juni 1952

Adriaan Rademakers und Hugo Georg Bruijning,

Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

Infolge der teilweisen Entmagnetisierung verringert sich jedoch der BH_max-Wert des dauermagnetischen Materials, was eine Zunahme des zur Erzeugung der gleichen Feldstärke im ferromagnetischen Kreise erforderlichen Volumens an dauermagnetischem Material bedeutet. Die Erfindung ermöglicht es, ein kleineres Volumen des dauermagnetischen Materials als bei der vorstehend beschriebenen Anordnung zu verwenden.

Zur Verringerung der erforderlichen Menge des dauermagnetischen Materials ist gemäß der Erfindung der Querschnitt des im ferromagnetischen Kreis vorgesehenen Spaltes größer als der des in ihm fest angeordneten Dauermagneten, so daß wegen der Sättigung des Kernes durch den in der Wicklung fließenden Strom der Dauermagnet auf einer von der Höchstmagnetisierungskurve nur wenig abweichenden Kurve arbeitet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einige Magnetisierungskurven eines für die erfindungsgemäße Anordnung verwendbaren, dauermagnetischen Materials;

Fig. 2 und 3 zeigen die Draufsicht und die Seitenansicht eines ersten,

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht eines zweiten,
Fig. 5 zeigt einen Schnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer Anordnung nach der Erfindung.

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In Fig. 1 stellt die ausgezogene Kurve α die Seiten der Wicklungen 5 und 6, so daß die Kerne 1 Beziehung zwischen der magnetischen Induktion B und 2 einen mit Ausnahme des Luftspalts d geschlos- und der magnetischen Feldstärke H eines zuvor mit senen, ferromagnetischen Kreis bilden,
einem Feld von einigen Tausend Oersted polari- Gemäß der Erfindung füllt der Dauermagnet 9 den sierten, dauermagnetischen und nahezu nicht leiten- 5 Querschnitt dieses Luftspaltes nur teilweise aus, was den Materials dar, insbesondere eines anisotropen, durch die Schraffur in Fig. 3 angedeutet ist. Der Erunter dem eingetragenen Warenzeichen »Ferroxdur« findung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß gegenbekannten Materials. Wird das Feld H innerhalb des über dem Fall, wo der Luftspaltquerschnitt ganz Materials gleich Null gemacht, so heißt die in diesem ausgefüllt ist und die Rücklaufkurve oder Arbeits-Fall innerhalb des Materials vorhandene Induktion B io kennlinie b gilt, sich durch Weglassen eines Teiles die remanente Induktion B₁.. Bei der sogenannten des ferromagnetischen Materials ohne weiteres unkoerzitiven Feldstärke _BH_C ist die Induktion B gefähr eine Rücklaufkurve oder Arbeitskennlinie c gerade gleich Null; bei der sogenannten Schwund- ergibt.

feldstärke fl_c ist die Magnetisierung / =*=*L_inaec- ^Wenn^ Dauermagnet 9 den Luftspaltquerschnitt

' 4-π is ganz ausfüllt, gilt also die Arbeitskennlime b, und der

halb des Materials gleich Null. Bei solchen Mate- zu der Grenzfeldstärke H_m gehörige Wert der magne-

rialien liegt ein niedriges Verhältnis zwischen B₁. und tischen Induktion entspricht dem Sättigungsfluß in

_BH_C von gewöhnlich weniger als 4 vor, wenn B₁. in dem Kreis 10-3-4-11. Dabei ist das magnetische

Gauß und _BH_C in Oersted ausgedrückt wird. Potential, das zwischen den Schenkeln 7 und 8 auf-

Wird jedoch die Feldstärke in einem zuvor stark ao tritt, wenn ein die Wicklungen 5 und/oder 6 durchpolarisierten Material zunächst negativ und darauf fließender Strom den Kreis 10-3-4-11 sättigt, gleich gleich Null gemacht, so ist die erzielte Induktion dem Produkt der Dicke d des Magneten 9 und dieser niedriger als die remanente, und zwar um so nie- Grenzfeldstärke H_m.

driger, je größer der negative Wert der Feldstärke Wird der Magnet 9 jedoch gemäß der Arbeitsgewesen ist. Dieses Verhalten ist in Fig. 1 mittels der 25 kennlinie c betrieben und seine Oberfläche dementgestrichelt gezeichneten, sogenannten Rücklauf- sprechend kleiner gemacht, so daß der Luftspaltkurven dargestellt. Wenn die maximal auftretende querschniit nur teilweise von diesem Magneten ausnegative Feldstärke, die sogenannte Grenzfeldstärke, gefüllt wird, so durchfließt der Sättigungsfluß im derjenigen am Schnittpunkt einer der gestrichelten Kreis 10-3-4-11 diesen Magneten nur teilweise; das Linien mit der ausgezogenen Kurve α der Fig. 1 ent- 30 betreffende Potential ändert sich jedoch praktisch spricht, so ergibt sich des weiteren bei geringeren nicht, da es gleich dem Produkt des Sättigungsflusses Feldstärken eine praktisch umkehrbare Beziehung im Kreis 10-3-4-11 und des magnetischen Widerzwischen der magnetischen Induktion B und der stands des Spaltes ist. Dieser Widerstand ändert sich Feldstärke H innerhalb des Materials entsprechend bei den verwendeten dauermagnetischen Materialien dieser gestrichelten Linie. 35 praktisch nicht mit der Oberfläche des Dauer-

Daraus folgt, daß man bei einer Anordnung der magneten 9. Andererseits nimmt die Grenzfeldstärke

anfangs erwähnten Art, bei der große negative Feld- _und _somit auch das erwähnte Produkt in geringem

stärken auftreten, dennoch ein dauermagnetisches Maße beim Übergang von der Arbeitskennlinie b auf

Material mit der durch die Kurve« angegebenen die Arbeitskennliniec ab. Die Dicket des Magneten9

Magnetisierungskennlinie verwenden könnte, wenn 40 braucht also nur wenig größer gewählt zu werden,

dieses durch ein negatives Feld so weit entmagneti- Schließlich genügt also auf diese Weise ein wesentlich

siert worden ist, daß gemäß der entsprechenden geringeres Volumen des dauermagnetischen Materials.

Rücklaufkurve b die effektive koerzitive Feldstärke Um sicherzustellen, daß bei der Bauart nach den

H_e etwa die Hälfte der zugehörigen Grenzfeldstärke Fig. 2 und 3 der Querschnitt des ferromagnetischen

H_m beträgt. Da jedoch andererseits das erforderliche 45 Kreises 1-2 überall annähernd gleich groß ist, kann

Volumen des dauermagnetischen Materials dem _man. einfach die Breite b_w der Schenkel 10 und 11

Wert BH_max proportional ist, der in dem in Fig. 1 bzw. b₁ der Schenkel 7 und 8 entsprechend größer

dargestellten Beispiel bei Kurve b um einen Faktor 4 wählen als die Breite b_z der Schenkel 3 und 4. Sind

niedriger liegt als bei Kurve a, so ist bei diesem Ver- die Dicken der Schenkel 3, 4, 10 und 11 gleich, so

fahren ein verhältnismäßig großes Volumen dieses 50 müßte die Breite b₁₀ der Schenkel 10 und 11 zwei-

Materials erforderlich. mal so groß wie die Breite b_z der Schenkel 3 und 4

Bei der Anordnung nach der Erfindung wird das _sem

dauermagnetische Material auf einer vorteilhafteren I_n manchen Fällen wählt man jedoch die Breite b_w

Rücklaufkurve oder Arbeitskennlinie, z. B. der etwas kleiner, damit die Schenkel 10 und 11 etwas

Kurve c in Fig. 1, betrieben, so daß ein kleineres 55 eher gesättigt werden als der übrige ferromagnetische

Volumen dieses Materials erforderlich ist. Kreis.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht und Fig. 3 eine Seiten- Fig. 4 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Erfindung dar, bei dem der mit den Wicklungen 5 Dabei besteht der ferromagnetische Kreis aus zwei und 6 versehene ferromagnetische Kreis aus einem U-förmigen Kernen 1 und 2; der Schenkel 3 des 60 U-förmigen Kern 15 besteht, an dessen Ende zwei Kerns 1 liegt am Schenkel 4 des Kerns 2; die Sehen- Platten 16 und 17 angebracht sind, die miteinander kel 3 und 4 werden von Wicklungen 5 und 6 um- und mit einer den Kreis schließenden Platte 18 Luftgeben. Zwischen dem Schenkel 7 des Kerns 1 und spalte bilden, die teilweise mit Dauermagneten 19 dem Schenkel 8 des Kerns 2 ist ein Luftspalt von der und 20 mit einander verstärkenden Magnetisierungs-Länge d vorgesehen, in dem ein in der Richtung NS 65 richtungen NS ausgefüllt sind. Die Oberfläche dieser magnetisierter Dauermagnet 9 der vorstehend be- Magnete 19 und 20 ist wieder derart bemessen, daß schriebenen Art angebracht ist. Die Querschenkel 10 sie annähernd auf der Arbeitskennlinie c betrieben und 11 der Kerne 1 bzw. 2 liegen auf verschiedenen werden.

Fig. 5 stellt wieder ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem die Wicklung 5 mit einem sogenannten Topfkern versehen ist, der aus den drehsymmetrischen Teilen 23 und 24 besteht. Diese bilden miteinander am Umfang einen ringförmigen Luftspalt, der nur teilweise mit einem oder mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Dauermagneten 25 ausgefüllt ist. Die Dicke und Gesamtoberfläche der Dauermagnete sind derart bemessen, daß das Material annähernd die Arbeitskennlinie c aufweist.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Magnetkreisanordnung mit einer von unsymmetrischen, starken Strömen durchflossenen Wicklung und einem Kern aus hochpermeablem ferromagnetischem Material, beispielsweise Impulstransformator, bei der der Kern einen Spalt aufweist, in dem zur Vormagnetisierung des Kernes entgegen der Wirkung der unsymmeirischen Ströme ein in Richtung seiner kleinsten Abmessung magnetisierter Dauermagnet aus nahezu nichtleitendem Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Spaltes größer ist als der des in ihm fest angeordneten Dauermagneten (9 bzw. 19, 20 bzw. 25), so daß wegen der Sättigung des Kernes (1,2) durch den in der Wicklung (5 bzw. 6) fließenden Strom der Dauermagnet auf einer von der Höchstmagnetisierungskurve (ä) nur wenig abweichenden Kurve (c) arbeitet.

2. Magnetkreisanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus zwei U-förmigen Teilen (1 und 2) besteht, die miteinander einen geschlossenen Kreis mit einem zwischen zwei Schenkeln (7 und 8) vorgesehenen Spalt bilden, in welchem der Dauermagnet (9) angebracht ist (Fig. 2 und 3).

3. Magnetkreisanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden eines U-förmigen Kernteiles (15, 16, 17) und einer ferromagnetischen Abschlußplatte (18) zwei Luftspalte mit je einem Dauermagneten (19 bzw. 20) vorgesehen sind (Fig. 4).

4. Magnetkreisanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Topfkern (23,24) mit ringförmigem Luftspalt im Mantel, in dem mindestens ein Dauermagnet (25) angebracht ist (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Anmeldungsunterlagen der belgischen Patentschriften Nr. 505 465 und 505 466.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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