DE1122152B

DE1122152B - Polarized electromagnetic propulsion system

Info

Publication number: DE1122152B
Application number: DEJ13569A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Immendorf
Original assignee: KARL IMMENDORF DR ING
Current assignee: KARL IMMENDORF DR ING
Priority date: 1957-08-09
Filing date: 1957-08-09
Publication date: 1962-01-18

Description

Polarisiertes elektromagnetisches Antriebssystem Die Erfindung bezieht sich auf ein polarisiertes elektromagnetisches Antriebssystem mit feststehender Erregerwicklung als Magnetfeld sowie mit einem oder mehreren Dauermagnetankern in Scheibenform mit in der Achsrichtung der Scheibe oder Scheiben vorgesehener Magnetisierung.Polarized Electromagnetic Propulsion System The invention relates to based on a polarized electromagnetic drive system with a fixed Excitation winding as a magnetic field and with one or more permanent magnet armatures in Disc shape with magnetization provided in the axial direction of the disc or discs.

Es sind elektromagnetische Antriebssysteme bekannt, bei denen im Spalt eines feststehenden Permanentmagneten eine Erregerspule beweglich angeordnet ist. Um einen tragbaren Wirkungsgrad zu erreichen, muß der Spalt sehr schmal sein. Infolgedessen besteht die Gefahr, daß die Spule anschlägt und Windungen verletzt werden. Schließlich können sich die Windungen der Erregerspule auch infolge der Erwärmung und des Kraftangriffes ausdehnen und lockern.There are known electromagnetic drive systems in which in the gap of a fixed permanent magnet, an excitation coil is movably arranged. In order to achieve sustainable efficiency, the gap must be very narrow. Consequently there is a risk that the coil will strike and the windings will be damaged. In the end The turns of the excitation coil can also change as a result of the heating and the application of force stretch and loosen.

Weiterhin sind polarisierte Schwingantriebe bekanntgeworden, deren Anker immer innerhalb einer Ringwicklung frei schwingt. Auch hier tritt wie bei dem bereits erwähnten Antriebssystem das Problem auf, den Spalt zwischen Anker und Ringwicklung sehr sorgfältig auszubilden, da nur geringe Toleranzen zulässig sind, um einen brauchbaren Wirkungsgrad zu erhalten. Damit steigen aber auch die Forderungen an eine genaue und stabile Lagerung für die Führung des Ankers, da erhebliche Querkräfte infolge der Feldanordnung und der immer unvermeidlichen Magnetisierungsfehler der Ankerscheibe auftreten. Diese Querkräfte sind oft die Ursache, außer einer störenden Geräuschentwicklung, für einen vorzeitigen Lagerverschleiß.Furthermore, polarized vibratory drives have become known, their Armature always swings freely within a ring winding. Here, too, occurs as at the already mentioned drive system the problem of the gap between armature and Ring winding must be designed very carefully, as only small tolerances are permitted, to get a usable efficiency. But this also increases the demands an exact and stable mounting for the guidance of the anchor, because of the considerable transverse forces due to the field arrangement and the always unavoidable magnetization error of the Armature disk occur. These lateral forces are often the cause, with the exception of one disruptive one Noise development, for premature bearing wear.

Bei diesen Antrieben mit frei schwingenden Ankern ist in beiden Ankerendstellungen die Kraft gleich Null, was in vielen Fällen unerwünscht ist, wenn es darum geht, in mindestens einer der Hubendstellungen eines Ankers die höchste Krafteinwirkung zu erhalten. Schließlich ist eine solche Bauart hubabhängig entsprechend der Stärke der verwendeten Ankerscheibe bzw. -scheiben. Dies führt zu nur kleinen Arbeitshüben, da größere Hübe wegen der rasch zunehmenden Gewichte der schwingenden Massen nicht mehr ereichbar sind.In these drives with freely oscillating armatures, the armature end positions are in both positions the force is zero, which is undesirable in many cases when it comes to the highest force applied in at least one of the stroke end positions of an armature to obtain. Finally, such a design is stroke-dependent according to the strength the armature disk or disks used. This leads to only small working strokes, because larger strokes are not due to the rapidly increasing weights of the oscillating masses more are available.

Die Erfindung hat eine Verbesserung solcher Antriebssysteme zur Aufgabe. Der Einfluß der Querkräfte soll dabei weitgehend vermieden werden. Ferner soll der Feldaufbau nicht über einen Magnetspalt erfolgen, der genaue Passungen erfordert und der entsprechend schwierig und nur mit hohen Kosten herzustellen ist. In der Feldschlußstellung des Ankers soll weiterhin auch die größte Kraftwirkung vorliegen. Die Gesamtabmessungen sollen nur etwa innerhalb der Durchmessergrenzen der Ankerscheibe liegen, also sehr klein sein. Im Gegensatz zu den bereits bekannten Antriebssystemen soll die erfindungsgemäße Einrichtung auch hubunabhängig von der Stärke und damit auch gewichtsunabhängig von der oder den Ankerscheiben sein.The object of the invention is to improve such drive systems. The influence of the transverse forces should be largely avoided. Furthermore, the Field build-up does not take place via a magnetic gap that requires precise fits and which is correspondingly difficult and expensive to manufacture. In the The close-to-field position of the armature should continue to have the greatest force effect. The overall dimensions should only be approximately within the diameter limits of the armature disk lie, so be very small. In contrast to the already known drive systems the device according to the invention should also be independent of the strength and thus stroke also be independent of the weight of the armature disk or disks.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Halbmesser der Ankerscheibe um ein Mehrfaches größer ist als deren Dicke, daß der Scheibendurchmesser gleich oder größer ist als der Durchmesser der den Magnetfluß erzeugenden feststehenden Magnetspule und daß zwischen den Stirnflächen der Ankerscheibe und des den Fluß bildenden Magnetsystems der Feldauf- und -abbau im Sinne eines veränderlichen Arbeitsluftspaltes erfolgt.According to the invention this is achieved in that the radius the armature disk is several times greater than its thickness that the disk diameter is equal to or greater than the diameter of the fixed magnetic flux generating Magnetic coil and that between the end faces of the armature disk and the flux forming magnet system the field build-up and breakdown in the sense of a variable working air gap he follows.

Durch die Kombination der leichten Ankerscheibe und der Zuordnung des fremderregten Magnetfeldes unter Verwendung der Stirnflächen zwischen Ankerscheibe und Magnetfeld als Arbeitsspalt ergibt sich ein Antriebssystem, dessen bewegliche Teile gut zugänglich bleiben und welches in seinem Gesamtaufbau Raum spart. Das Antriebssystem ist praktisch frei von störenden Querkräften, so daß auch die Lagerbeanspruchungen geringer sind.Through the combination of the light armature disk and the assignment of the separately excited magnetic field using the end faces between the armature disk and magnetic field as the working gap results in a drive system, its movable Parts remain easily accessible and which saves space in its overall structure. That The drive system is practically free from interfering transverse forces, so that the bearing loads are also eliminated are lower.

Antriebssysteme dieser Art können zur Abgabe bestimmter Schaltimpulse oder für die Fernsteuerung oder auch für die Abgabe von Verstellimpulsen in Abhängigkeit von der Größe der Erregung verwendet werden. Im letzten Fall kann dem Anker eine gegebenenfalls einstellbare, der Zugkraft der Erregerwicklung entgegenwirkende Federkraft zugeordnet sein. Weiterhin kann das Antriebssystem mit pulsierendem Gleich- oder Wechselstrom gespeist und als Schwinger, gegebenenfalls als abgestimmter Resonanzschwinger, angewendet werden. Wie die Erfindung im einzelnen ausgeführt werden kann, zeigen mit den für sie wesentlichen Teilen die Ausführungsbeispiele der Zeichnung, und zwar Fig.1 einAntriebssystem in Gleichstromausführung im Schnitt, Fig.2 ein Antriebssystem in Wechselstromausführung im Schnitt, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Schwingverdichter mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem. Nach Fig. 1 besteht das Antriebssystem aus der feststehenden Erregerspule 10, die in an sich bekannter Weise einen Spulenträger 11 und die Wicklung 12 umfaßt, die mit Gleich- oder Wechselstrom gespeist werden kann. Die Erregerspule 10 ist hier zentral von einem Träger 13 aus unmagnetischem Material durchsetzt, der als Rohr od. dgl. ausgebildet sein kann und auf dem an jedem Ende eine Magnetpolplatte 14 und 15 befestigt, z. B. aufgenietet ist. Beide Magnetpolplatten 14 und 15 haben etwa denselben Durchmesser wie die Erregerspule 10, so daß ihre radiale Querausdehnung um ein Mehrfaches größer ist als ihre axiale Längsausdehnung in Richtung der Spulenachse. Sie bestehen aus keramischen, in dieser geringen Längsrichtung magnetisierten Magnetsubstanzen, und ihre gleichnamigen Pole sind einander zugekehrt. Träger 13 und die Polplatten 14 und 15 bilden den Anker des Antriebssystems. Der Erregerspule 10 kann auch nur eine Polplatte zugeordnet sein.Drive systems of this type can be used for the delivery of certain switching pulses or for remote control or also for the delivery of adjustment pulses depending on the magnitude of the excitation. In the latter case, an optionally adjustable spring force that counteracts the tensile force of the exciter winding can be assigned to the armature. Furthermore, the drive system can be fed with pulsating direct or alternating current and used as an oscillator, if necessary as a tuned resonance oscillator. How the invention can be carried out in detail is shown in the exemplary embodiments of the drawing with the parts essential for it, namely Fig. 1 a drive system in direct current version in section, Fig. 2 a drive system in AC version in section, Fig. 3 a section through a vibrating compressor with a drive system according to the invention. According to FIG. 1, the drive system consists of the stationary excitation coil 10 which, in a manner known per se, comprises a coil carrier 11 and the winding 12 , which can be fed with direct or alternating current. , The excitation coil 10 is penetrated centrally here of a carrier 13 of nonmagnetic material, the od as a tube. The like. Be formed and a magnetic pole 14 and 15 mounted on the at each end, z. B. is riveted. Both magnetic pole plates 14 and 15 have approximately the same diameter as the excitation coil 10, so that their radial transverse extent is several times greater than their axial longitudinal extent in the direction of the coil axis. They consist of ceramic magnetic substances that are magnetized in this small longitudinal direction, and their poles of the same name are facing each other. Carrier 13 and the pole plates 14 and 15 form the armature of the drive system. The excitation coil 10 can also be assigned only one pole plate.

Wird die Erregerspule 10 in einer bestimmten Richtung von Gleichstrom durchflossen, so bildet sich z. B. auf der linken Seite ein Südpol und auf der rechten Seite ein Nordpol aus. Dadurch wird die Polplatte 14 abgestoßen und die Polplatte 15 angezogen, d. h., der Anker als Ganzes wird in die linke Endlage bewegt. Beim Umpolen des Stromes wird der Anker in die rechte Endlage bewegt. -Man kann diesem Antriebssystem eine gegebenenfalls einstellbare Feder zuordnen, die der Zugkraft der Erregerwicklung entgegenwirkt. Bei Erregung mit Gleichstrom erhält man jetzt einen von der Erregerstromstärke abhängigen Ausschlag des Ankers, so daß das Antriebssystem zur Fernsteuerung oder zur Übertragung von Verstellimpulsen beliebiger Art benutzt werden kann.If direct current flows through the excitation coil 10 in a certain direction, then z. B. on the left side a south pole and on the right side a north pole. As a result, the pole plate 14 is repelled and the pole plate 15 is attracted, that is, the armature as a whole is moved into the left end position. When the polarity of the current is reversed, the armature is moved to the right end position. -An optionally adjustable spring can be assigned to this drive system, which counteracts the tensile force of the excitation winding. In the case of excitation with direct current, a deflection of the armature which is dependent on the excitation current strength is obtained, so that the drive system can be used for remote control or for the transmission of any kind of adjustment pulses.

Die Fig. 2 zeigt ein Antriebssystem zur Erzeugung hin- und hergehender erzwungener Bewegungen, z. B. mit Wechselstromspeisung. Als Anker dient ein gegebenenfalls rohrförmiger Träger 13 mit den beiden Magnetpolplatten 14 und 15 aus dem vorstehend beschriebenen Material und Abmessungen. Die Erregerspule 16 besteht diesmal aus mehereren konzentrischen Zylindern 17 aus Transformatorenblech, zwischen denen sich die einzelnen Lagen 18 der Erregerwicklung befinden.Fig. 2 shows a drive system for generating reciprocating forced movements, e.g. B. with AC power supply. An optionally tubular carrier 13 with the two magnetic pole plates 14 and 15 made of the material and dimensions described above serves as the armature. The excitation coil 16 this time consists of several concentric cylinders 17 made of transformer sheet, between which the individual layers 18 of the excitation winding are located.

Bei Erregung mit Wechselstrom führt der Anker eine hin- und hergehende Bewegung im Rhythmus der Erregerfrequenz aus. Dabei kann der Anker durch eine oder zwei gegebenenfalls auf die Erregerfrequenz abgestimmte Federn 19 an einem festen Gehäuse 20 abgestützt sein, wie es in unterbrochenen Linien dargestellt ist. Bei einer solchen Resonanzabstimmung der Federn kann man dieses System als Schwingverdichter verwenden.When excited with alternating current, the armature performs a back and forth movement in the rhythm of the excitation frequency. In this case, the armature can be supported on a fixed housing 20 by one or two springs 19, which may be matched to the excitation frequency, as shown in broken lines. With such a resonance adjustment of the springs, this system can be used as a vibrating compressor.

Eine solche Verwendung zeigt die Fig. 3. In einem gegebenenfalls rohrförmigen Gehäuse 32 ist in der Mitte die nach Art der Fig.2 aufgebaute Erregerspule 21 angeordnet. Die hohle Spule 21 wird zentral von einem gegebenenfalls rohrförmigen Träger 22 durchsetzt, auf dem die beiden Magnetpolplatten 14 und 15 in der beschriebenen Weise befestigt sind. Der Träger 22 ist über die Polplatten hinaus verlängert und trägt an seinen Enden die Verdichterkolben 23, bzw. es geht der Träger in solche Kolben über. Die Kolben 23 arbeiten in Verdichterzylindern 24, die durch eine einstellbare Lagerung 25 in Gehäusezwischenwänden 26 oder entsprechenden Tragarmen derart aufgehängt sind, daß sie sich selbsttätig genau in die Bewegungsachse einstellen können. Die Federn 27 stimmen das ganze System auf Resonanz ab. Sie sind zwischen den Magnetpolplatten 14, 15 und den Gehäusezwischenwänden 26 6$w. den Tragarmen angeordnet und als Schraubenfedern derart ausgebildet, daß sie die Zylinder 24 möglichst eng umschließen. Im Kolbenboden befinden sich die Saugventile 28, während die Druckventile in bekannter Weise als Platten 29 unmittelbar auf die Zylinder 24 aufgesetzt und durch Federn 30 mit entsprechend steiler Charakteristik gegen den Gehäusedeckel 31 abgestützt sind.Such a use is shown in FIG. 3. In an optionally tubular housing 32, the excitation coil 21 constructed in the manner of FIG. 2 is arranged in the center. The hollow coil 21 is penetrated centrally by an optionally tubular carrier 22 , on which the two magnetic pole plates 14 and 15 are fastened in the manner described. The carrier 22 is extended beyond the pole plates and carries the compressor pistons 23 at its ends, or the carrier merges into such pistons. The pistons 23 work in compressor cylinders 24, which are suspended by an adjustable bearing 25 in intermediate housing walls 26 or corresponding support arms in such a way that they can automatically adjust themselves precisely to the axis of movement. The springs 27 tune the entire system to resonance. They are between the magnetic pole plates 14, 15 and the intermediate housing walls 26 6 $ w. The support arms are arranged and designed as helical springs in such a way that they enclose the cylinders 24 as closely as possible. The suction valves 28 are located in the piston head, while the pressure valves are placed directly onto the cylinders 24 in the known manner as plates 29 and are supported against the housing cover 31 by springs 30 with correspondingly steep characteristics.

Wird an die Erregerspule 21 z. B. eine Wechselspannung angelegt, dann führt das aus den Magnetpolplatten 14 und 15 und den Kolben 23 sowie dem Träger 22 bestehende Ankersystem eine hin- und hergehende Bewegung aus, wobei bei jedem Hub auf der einen Seite im Zylinder 24 das Gasvolumen verdichtet und auf der anderen Seite angesaugt wird. Hierbei ergibt sich neben den bereits eingangs erwähnten Vorteilen noch der weitere daß gegenüber dem normalen dynamischen Schwingantrieb im Moment des starken Komprimierens des Gases die höchste Kraftentfaltung vorliegt. Durch die doppeltwirkende Anordnung tritt keine Nullpunktverschiebung durch das komprimierte Gasvolumen ein; insbesondere bei hohen Drücken und durch die völlig gleichmäßig auf beiden Seiten wirkenden Druckventilfedern 30 kommt man mit kleinen Überhubwerten aus. Das Magnetvolumen für die beiden keramischen Magnete 14 und 15 kann auf ein Mindestmaß gebracht werden und ist eigentlich nur noch durch die Festigkeitsanforderung gegeben. Die Lagerung der Zylinder ergibt eine genaue selbsttätige Einstellung ohne Passungsarbeit. Sie bildet außerdem die einzige Schmierstelle des ganzen Verdichters.If the excitation coil 21 z. B. applying an alternating voltage, leads consisting of the magnetic pole plates 14 and 15 and the piston 23 and the beam 22 existing anchoring system a reciprocating movement, wherein on one side compresses the volume of gas for each stroke in the cylinder 24 and on the is sucked in on the other side. In addition to the advantages already mentioned at the outset, this also results in the fact that, compared to the normal dynamic oscillating drive, the greatest force development occurs at the moment when the gas is strongly compressed. Due to the double-acting arrangement, there is no zero point shift due to the compressed gas volume; in particular at high pressures and due to the pressure valve springs 30 acting completely uniformly on both sides, it is possible to manage with small overstroke values. The magnet volume for the two ceramic magnets 14 and 15 can be kept to a minimum and is actually only given by the strength requirement. The storage of the cylinders results in an exact automatic adjustment without any fitting work. It also forms the only lubrication point in the entire compressor.

Das Antriebssystem kann auch zur Abstrahlung akustischer Energie verwendet werden, wenn mit der oder den schwingenden Polplatten eine Membran verbunden oder die Polplatte selbst als Membran ausgebildet und als Ganzes schwingend auf einer Zwischenlage mit gewisser, vorzugsweise eigengedämpfter Elastizität, z. B. Gummi oder Silikonfett, auf der Endfläche der Erregerwicklung gelagert ist.The drive system can also be used to radiate acoustic energy if a membrane is connected to the vibrating pole plate or plates or the pole plate itself designed as a membrane and swinging as a whole on a Intermediate layer with a certain, preferably self-damped elasticity, e.g. B. rubber or silicone grease, is stored on the end face of the excitation winding.

Claims

End faces of the armature disk and the flux-forming magnet system, the field build-up and breakdown takes place in the sense of a variable working air gap.

2. Drive system according to claim 1 with a stationary field winding penetrating and movable carrier in the axial direction, characterized in that the carrier (13) at each of its ends carries a permanent magnet disc (14, 15) with a distance between the inner surfaces of the armature discs (14, 15), which is greater than the axial length of the field winding, while the difference between the distance between the armature disk and the field winding forms the working stroke, and that the poles of the same name of both armature disks face each other in a known manner.

3. Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that for use as a polarized relay, the field winding (10) is fed with direct current and the armature in the end positions of this to be operated switching contacts are assigned.

4. Drive system according to Claim 1 or 2, characterized in that the field winding is used for remote control purposes is fed with direct current and the armature an optionally adjustable, the Tensile force of the excitation winding counteracting spring force is assigned, in such a way, that the armature stroke corresponds to the size of the excitation current.

5. Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation winding (16) is fed with alternating current for use as a vibratory drive and that the armature is assigned a spring force (19) which sets it in a central position with respect to the excitation winding (16) holds, and is matched to the excitation frequency (Fig. 2).

6. Drive system according to claim 5, characterized in that in the case of alternating current excitation, the individual layers (18) of the excitation winding or several of them are separated from one another by concentric cylinders (17), preferably made of transformer sheet.

7. Drive system according to claim 5 or 6, characterized in that with a symmetrical overall structure of the permanent magnet disks (14, 15) connecting the carrier (22) at each end in a piston (23) expires or is connected to such and that this piston (23) are arranged as a compressor piston in adjustably mounted cylinders (24) (Fig. 3). B. Drive system according to claim 7, characterized in that the cylinders (24) with spherical bearings (25) in intermediate walls (26) or support arms of a - optionally tubular housing (32) are mounted and the housing (32) in the middle the excitation winding (21) picks up. 9. Drive system according to claim 8, characterized in that a helical spring (27) is arranged between each armature disk (14, 15) and the intermediate housing wall (26) such that it surrounds the cylinder (24) as closely as possible. 10. Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that one or two membranes for radiating acoustic energy is or are connected to the vibrating permanent magnet disk or disks. 11. Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnet disc or permanent magnet discs themselves serve as membranes and swinging as a whole on an intermediate layer with a certain elasticity, for. B. rubber or silicone grease, are stored on the end face of the excitation winding. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1003 334.