DE1183182B

DE1183182B - Electromagnetic converter with small dimensions

Info

Publication number: DE1183182B
Application number: DEF31535A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Takashi Okamoto; Dipl-Ing Kazuo Yakuwa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1959-06-30
Filing date: 1960-06-29
Publication date: 1964-12-10

Description

Elektromagnetischer Umrichter mit kleinen Abmessungen Elektromagnetische Umrichter, die auch als Vibratoren bezeichnet werden, können nach verschiedenen physikalischen Prinzipien arbeiten. Bekannte Umrichter dieser Art sind, abhängig von ihrer Betriebsfrequenz, auf elektromagnetischer, elektromotorischer, piezoelektrischer oder elektrostatischer Grundlage aufgebaut. Meist werden elektromagnetisch betriebene Umrichter verwendet, die :sich besonders für eine niedrige Betriebsfrequenz eignen. Die Betriebsfrequenz (Resonanzfrequenz) eines derartigen Umrichters wird im wesentlichen durch die mechanischen Abmessungen des schwingenden Systems bestimmt. Sind die Abmessungen relativ groß, so ergeben sich für den Gesamtaufbau eines Umrichters keine besonderen Schwierigkeiten. Je kleiner jedoch ein elektromagnetischer Umrichter ist, um so geringer wird in der Regel der Wirkungsgrad des Antriebssystems: Würde man die bekannten Lösungen eines elektromagnetischen Umrichters in, extrem kleiner Form verwirklichen wollen, so würde im Grenzfall keine ausreichende Kraftwirkung zum Antrieb des Umrichters mehr vorhanden sein.Electromagnetic converter with small dimensions Electromagnetic Converters, which are also known as vibrators, can be according to various physical principles work. Known converters of this type are dependent of their operating frequency, electromagnetic, electromotive, piezoelectric or built up on an electrostatic basis. Most are electromagnetically operated Inverters are used that: are particularly suitable for a low operating frequency. The operating frequency (resonance frequency) of such a converter becomes substantially determined by the mechanical dimensions of the vibrating system. Are the dimensions relatively large, there are no special requirements for the overall structure of a converter Trouble. However, the smaller the electromagnetic converter, the smaller it is As a rule, the efficiency of the drive system is lower: If one would use the known Realize solutions of an electromagnetic converter in, extremely small form want, then in the borderline case there would be insufficient force to drive the converter be more present.

Aufgabe der Erfindung ist es, das dringende Bedürfnis nach kleinstmöglichen Abmessungen eines elektromagnetischen Umrichters zu befriedigen, ohne daß bei dem Antriebssystem Betriebsschwierigkeiten auftreten. Bei bekannten Anordnungen ist dies jedoch, wie Versuche bewiesen haben, nicht erreichbar. Dies gilt beispielsweise vor allem dann, wenn ein Weicheisenanker vorgesehen ist. Soweit elektromagnetische Umrichter mit einem Dauermagnet arbeiten. ist dieser stationär angebracht und hat mit der Schwingfeder des Antriebssystems keinerlei mechanische Verbindung.The object of the invention is to meet the urgent need for the smallest possible To satisfy dimensions of an electromagnetic converter without that Drive system operating difficulties occur. In known arrangements is However, as tests have shown, this cannot be achieved. This is the case, for example especially if a soft iron anchor is provided. As far as electromagnetic Inverters work with a permanent magnet. is this stationary attached and has no mechanical connection whatsoever with the oscillating spring of the drive system.

Die Aufgabe der Erfindung, einen betriebssicheren elektromagnetischen Umrichter für sehr kleine Abmessungen zu schaffen, wird durch gelöst, daß bei einem .elektromagnetischen, schwingenden Zerhacker erfindungsgemäß das Antriebssystem durch einen an einer federnden Schwingzunge befestigten Dauermagneten und zwei beiderseits dieses Dauermagneten angeordnete Antriebsspulen gebildet ist, in welche die sich in Schwingrichtung erstreckenden Pole des Dauermagneten eintauchen. Durch diesen Aufbau des Antriebssystems wird vor allem ein. raumsparender Aufbau des Umrichters erreicht. Ferner steht durch die Maßnahme, unmittelbar am Schwingsystem einen Dauermagneten anzubringen, der in Luftspulen eintaucht, auch bei weitgehender Verkleinerung der Abmessungen des Systems eine ausreichende Kraftwirkung zum Antrieb des Umrichters zur Verfügung. Neben der bekannten Tatsache, daß ein Elektromagnetsystem mit Vormagnetisierang empfindlicher ist : bzw. bei einer bestimmten elektrischen Steuerleistung eine höhere mechanische Leistung abgeben kann, ist hier besonders günstig, daß eine der Antriebsspulen den Dauemagnetkern anzieht, während die andere Antriebsspule zu gleicher Zeit eine abstoßende Wirkung auf diesen ausübt. Außerdem wird durch die eisenlosen Antriebsspulen erreicht; daß bei Erregung des Systems die Kraftwirkung auf das Schwingsystem sehr schnell einsetzt. Dies hängt damit zusammen, daß bei den in der Regel verwendeten Spulen mit Eisenkern eine erheblich größere Induktivität wirksam ist, welche die elektrische Zeitkonstante des Elektromagnetsystems wesentlich erhöht. Durch die Verwendung von eisenlosen Antriebsspulen wird das Magnetfeld wesentlich schneller aufgebaut, und damit kann man unter gleichen Bedingungen Umrichter für höhere Betriebsfrequenzen bauen.The object of the invention to provide a fail-safe electromagnetic To create converters for very small dimensions is solved by that at a . Electromagnetic, vibrating chopper according to the invention, the drive system by a permanent magnet attached to a resilient oscillating tongue and two on both sides this permanent magnet arranged drive coils is formed, in which the Immerse the poles of the permanent magnet extending in the direction of oscillation. Through this Building the propulsion system is mainly a. space-saving design of the converter achieved. Furthermore, the measure means that there is a permanent magnet directly on the oscillating system to be attached, which is immersed in air-core coils, even when the Dimensions of the system sufficient force to drive the converter to disposal. In addition to the well-known fact that an electromagnet system with Vormagnetisierang is more sensitive: or at a certain electrical control power a higher one can deliver mechanical power, it is particularly advantageous here that one of the drive coils attracts the permanent magnet core, while the other drive coil at the same time one has a repulsive effect on them. In addition, the ironless drive coils achieved; that when the system is excited, the effect of the force on the oscillating system is very high sets in quickly. This is due to the fact that with the generally used Coils with iron cores have a significantly greater inductance, which is the effective electrical time constant of the electromagnet system increased significantly. Through the Using ironless drive coils, the magnetic field will be much faster built up, and thus you can convert converters for higher operating frequencies under the same conditions build.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, daß der stabförmige Dauermagnet über dem größten Teil seiner Länge sich in den Antriebsspulen befindet. Auch diese Maßnahme dient dazu, den Wirkungsgrad des Schwingankersystems zu erhöhen.A preferred embodiment of the invention provides that the rod-shaped permanent magnet over most of its length is in the drive coils is located. This measure also serves to increase the efficiency of the oscillating armature system to increase.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel im Aufriß, teilweise im Schnitt. Auf der Grundplatte 1 ist bei 2 der mechanische Schwinger in Form einer Blattfeder 3 fest eingespannt. Die an ihrem oberen Ende fest eingespannte Schwingfeder 3 trägt an ihrem Ende einen stabförmigen Dauermagneten 4, der sich also senkrecht zur Blattfeder und damit in der durch den Pfeil 9 gekennzeichneten Schwingungsrichtung erstreckt. Die Feder 3 betätigt die Unterbrecherkontaktvorrichtung 5, 6, welche in bekannter und hier nicht besonders dargestellter Weise in der Stromzuführung zu den Antriebsspulen 7 und 7' liegt und den Stromkreis dieser Spulen im Takt der Eigenschwingung schließt und öffnet. Die Spulen sind in Reihe geschaltet und liegen au den Anschlußklemmen 8, 8'. Die Schwingungsamplitude erreicht ihr Maximum, wenn die Stromimpulse durch die Spulen mit genau derselben Frequenz fließen, mit welcher der mechanische Schwinger 3 schwingt, wenn also Resonanzbetrieb herrscht. Die nicht dargestellten Arbeitskontakte werden dabei vom Schwinger mit derselben Frequenz wie der Unterbrecherkontakt 5, 6 betätigt.The drawing shows schematically an embodiment example in elevation, partly in section. The mechanical oscillator in the form of a leaf spring 3 is firmly clamped on the base plate 1 at 2. The oscillating spring 3 firmly clamped at its upper end carries a rod-shaped permanent magnet 4 at its end, which thus extends perpendicular to the leaf spring and thus in the direction of oscillation indicated by the arrow 9. The spring 3 actuates the breaker contact device 5, 6, which is in a known manner (not specifically shown here) in the power supply to the drive coils 7 and 7 'and closes and opens the circuit of these coils in time with the natural oscillation. The coils are connected in series and are on the terminals 8, 8 '. The oscillation amplitude reaches its maximum when the current pulses flow through the coils at exactly the same frequency with which the mechanical oscillator 3 oscillates, ie when there is resonance operation. The working contacts (not shown) are actuated by the oscillator at the same frequency as the interrupter contact 5, 6.

Der Permanentmagnet wird zunächst am Ende der Schwingfeder 3 befestigt und dann in die Spulen 7 und 7' eingeführt, wonach diese Spulen auf der Grundplatte 1 befestigt werden. Nachdem dann die Antriebsstromkreise so hergestellt sind, da.ß die von den Spulen 7 und 7' erzeugten magnetischen Felder einander entgegengesetzt gerichtet sind, wird von dem magnetischen Pol des Permanentmagneten 4 eine Kraft F=m-H erzeugt werden, wenn H die Intensität (Oersted) des magnetischen Feldes und m die Intensität der magnetischen Pole ist. Wenn man annimmst, daß die Spulen 7 und 7' völlig gleich und symmetrisch angeordnet sind, ergibt sich für die gesamte Kraft F., welche auf den permanentmagnetischen Anker ausgeübt wird, der Wert: Fo-2.m-H. Wenn der Spulenstrom mit einer bestimmten Frequenz wechselt, wird auch das von den Spulen aufgebaute magnetische Feld entsprechend wechseln, und weil der Wert m, die Intensität der magnetischen Pole, konstant ist, wird also auch die gesamte Kraft F0, die auf den Anker zur Einwirkung gelangt, sich entsprechend ändern, so daß schließlich die Antriebskraft des Ankers sich mit der gleichen Frequenz ändert wie der Spulenstrom. Der Anker 3 wird also mit der Spulenstromfrequenz Kräfte erleiden; wenn diese mit der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingers in Resonanzkommen, erreicht :die Ante. plitude der Schwingfeder 3 ihr Maximum und wird dabei die Unterbrecher- und Arbeitskontakte mit dieser Frequenz schließen und öffnen.The permanent magnet is first attached to the end of the oscillating spring 3 and then inserted into the coils 7 and 7 ', after which these coils are attached to the base plate 1. After the drive circuits have been established in such a way that the magnetic fields generated by the coils 7 and 7 'are directed opposite one another, a force F = mH will be generated by the magnetic pole of the permanent magnet 4 if H is the intensity (Oersted) of the magnetic field and m is the intensity of the magnetic poles. If one assumes that the coils 7 and 7 'are arranged in exactly the same way and symmetrically, the result for the total force F. which is exerted on the permanent magnet armature is the value: Fo-2.mH. If the coil current changes at a certain frequency, the magnetic field built up by the coils will also change accordingly, and because the value m, the intensity of the magnetic poles, is constant, the entire force F0 acting on the armature will also be effective arrive, change accordingly, so that finally the driving force of the armature changes at the same frequency as the coil current. The armature 3 will therefore suffer forces with the coil current frequency; when these resonate with the natural frequency of the mechanical oscillator, it reaches: the ante. amplitude of the oscillating spring 3 is at its maximum and will thereby close and open the breaker and working contacts with this frequency.

Der langgestreckte Dauermagnetanker taucht tief in die Antriebsspulen ein, so daß sich bezüglich des magnetischen Flusses des Dauermagnetankers der magnetischen Kräfte, die von den Spulen erzeugt werden, sehr gute Werte ergeben. Dies erlaubt wiederum, die Abmessungen des Ankers und der Spule bedeutend zu verringern. Praktisch ist auf diese Weise bei einer Ausführungsform erreicht worden, daß die Abmessungen des Schwingers von einem Volumen 14 -19 . 80 (mms) auf die Werte 13-40 (mm$) verringert werden konnten.The elongated permanent magnet armature dips deep into the drive coils a, so that with respect to the magnetic flux of the permanent magnet armature of the magnetic Forces that are generated by the coils give very good values. This allows in turn, to significantly reduce the dimensions of the armature and coil. Practically has been achieved in this way in one embodiment that the dimensions of the transducer of a volume 14 -19. 80 (mms) reduced to the values 13-40 (mm $) could become.

Ahnliche Verbesserungen lassen sich auch erzielen; wenn das Antriebssystem nur mit einer einzigen Antriebsspule ausgerüstet ist oder statt des Blattfedanschwingers ein anderer mechanischer Schwinger V Wendung findet.Similar improvements can also be achieved; when the drive system is only equipped with a single drive coil or instead of the leaf spring oscillator another mechanical oscillator V takes a turn.

Claims

Claims: 1. An electromagnetic converter with small dimensions, characterized in that da.ß the drive system by a fixed to a resilient oscillating tongue (3) lasts' magnet (4) and two on both sides of this Dauetmagneten arranged driving coils (7; 71 forms overall is into which the poles of the permanent magnet, which extend in the direction of oscillation, are immersed.

2. Electromagnetic converter according to claim 1; characterized in that the upright permanent magnet (4) over most of its length is in the drive coils (7, 7 ")." In Documents considered: German Patent No. 876 273; U.S. Patents No. 2 427 898, 2 44.7 23fl.