DE1464896A1 - Elektromagnet - Google Patents

Description

E 1 d i m a AG., Sitswerdtstrasse 95, Zlrich (Schweiz)

E 1 β k t r o

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.ν.

Es sind Slektromagnete bekannt, dessen Ma§5netkern und _; Anker mindestens ein Paar komplementärer Hingrippen und Ringnuten von trapezförmigem Querschnitt aufweisen. Die Erfindung

bezweckt, die Zugkraft der bekannten Blektromagnete dieser·

Art zu erhöhen und zudem eine eindeutige, nahezu lineare Be-^ ziohung zwischen der Erregung und der Zugkraft zu erzielen* lJi«?F. tfollngt orfindungageraSss durch Einhaltung gewisser liimeniiloniorungsbo^iehungon, die nachstehend erlüutert werdon sollen. In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeiDpiel des Erfln- \ 'dungs2e^ens«tandes schematisch dargestellt. Es ist:

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! Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen Elektromagneten,

¹ ;; ..Fig. 2 ein Längsschnitt durch die einander gegenüber- : ';'·. ■{ ·." ',·<; liegenden'Enden des Magnetkernes und defe Ankers V • "_■'' .;'·' . in grösserem Mass-Stab.

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j;- j ·· D<ar dargestellte Elektromagnet weist einen zylindrischen ,

• Kern 1 aus Weicheisen auf, der. an einem Ende mit einem Flansch,

i..-.'.-. γ ·...'· ·. .. ·'-'.. , ■ '; ."; ^.2 versahen ist, dessen Peripherie eines der Enden eines zylin-,

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• drischen Mantels 3 von innen berührt. Das andere Ende des Mantels 3 umschliesst einen Rückschlussdockel -1, der ein zentrales ■.

ι- - ' ■ ■

♦Loch 5 aufweist j durch das eine Zugstange 6 hindurchgeht. Das', innero 3nde·der Zugstange 6 ist mit einem zylindrischen Anker . 7 fest verbunden, der gleichen Aussendurchmesser hat wie der Kern Iy Der Mantel 3, der Deökel 4 und der Anker 7 bestehen ebenfalls aus Weicheisen und bilden einen magnetischen Kreis, der- ·

sbiij auf einen LUf tspalt s^ zwischen Korn 1 und Anker 7, sowie. lid L,uftspalte S₂ und S₃ zwischen dem Anker 7 und dem Deckel" 4 in ferromagnetischem Material verläuft. · ' · " * .' Im-Luftspalt s«» der sich zwischen der unteren Stirn- ' '

fläche dos Ankers 7 und dem dazu parallelen Toil des Deckels 4

• befindet, ist eine Ringscheibe 8 aus nicht-magnebtsierbarem :'.

Haterlai angeordnet, die,verhindert, dass der Luftspalt Sg die, dargestellte, minimale Breite unterschreitet. Im Wftspalt S^, der sich zwischen dem unteren Teil des ä'usseren Ümfanges ► des, Ankers 7 und einem ihn umgebenden Teil des Deckels 4 befindet, ist eine ebenfalls aus nichtmagriGtisierbaren Material be- , Buchso 9 nn^eoHnet, in welcher der Anker 7 gofUhrt .

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1st. Zur. Führung des Ankers 7 dient ferner noch ein in der Axe des Slektromagneten liegender Bolzen Io aus nichtmagnetlsierbarei» Material, dessen unteres Ende, von leicht vorringer*

- tem Durchmesser fest mit diesem Anker 7 verbunden ist, während "sein oberes Ende, von leicht vergrössertem Durchmesser, i?j einer zentralen Sackbohrung 11 des Kernes 1 geführt ist.

In dem zwischen dem Kern 1 und dem Anker 7 einerseits ,· und dem Mantel 3 andererseits vorhandenen, in Axialrichtung durch den Flansch 2 und den Deckel 4 begrenzton Hohlraum ist

, eine Erregerwicklung 12 untergebracht-, der auf ein mit Flanschen 13 versehenes Spulenrohr 14 gewickelt ist. Von der dem' j Anker 7 gegenüberliegenden, ebenen Stirnfläche des Kernes 1 '...·. ragt eine ringförmige Rippe 15 von- trapezförmigem Querschnitt» Vor, der eine ringförmige Nut 16 gleichen Querschnittes gegon-Übersteht, die in der betreffenden, Iw übrigen ebenfalls ebenen ';

! Stirnfliiche des Kernes 7 vorgesehen ist.

■ Zylindrische Magnetkerne und Hagnetanker, die mit ko»ple- . ; mentären, ringförmigen Rippen, bzw. Nuten von trapezförmigem Querschnitt versehen sind, sind an sich bereits bekannt. Durch die nachstehend anhand von Fig. 2 beschriebene, spezielle Di* . raensionierunc das Kernes 1 und des Ankers 7, mit ihrer Rippe Ip, ( bzw. Nut.16, ist es jedoch gelungen, eine überraschende Steigerung.iloT Zugkraft solcher Elektromagneto zu erzielen, sowohl * bei Bezugnahme auf gleiche geometrische Abmessungen als auch . bei Bezagnahn:? auf gleiche elektrische Lg istung π aufnahme. Die Steigerung der Zugkraft gegenüber bekannten Elektromagneten bei vergleichbaren Dimensionen und/oder elektrischer Leistungs-

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aufnähme beträgt etwa 4OO %·

' Oninäes Pigt 2 gelten folgende Bezeichnungen ι ■'·.

P₁ ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnittes . des Kernes 1;

¹ >F» ist die Fläche des kreisringförmigen Querschnittes '-. ·*!'" . der ringförmigen Rippe 15 in ihrer halben Höhe}

Fj ist UiQ₁ äuseere Kegelstumpf-KantelflUche der rlng- : förmigen Nut 16;

F^ ist dio innere Kegelstumpf-Mantelfläoho dor ringförmigen Nut 16} " · F_r ist die Flache des Uusseron kreisringförmigen Quer-

schnittes des Ankera 7 in Tiefe der Nut 16} , .F_fj i3t diß Fluche des inneren, krelsririgförraißen Querschnittes les Ankers 7 in Tiefe der Nut 16} V F*₇ ist dl9 Fläche des kreisringförmigen Querschnittes . ·. ' der ringförmigen Rippe 15 an ihrer Basis.

Es	gelten	nun	folgende Beziehungen:
1)	P3 *.	F5	■ "■'-'·■
2)	F4 -	V
3)	P7 *	F3
4)	F1 e	2 .	F2::.· ■■··'·/ ; ■■,:■■ .

Zu den 3eziehungen 1 - 3 gelangt man durch die Ueberlegungi'i '-

dass im Luftspalt S₁ die Kraftliniendichte zwischen den einan-•der Keg^nliborliogonden Kegels'tumpf-tiantelflachen der Ringrippe, 15 und der Ringnut 16 am grösstcn ist und dasr, dor an dieser .•Stelle lurch dio KlUchen F₃ und F₄ gehende iiiagnetiöchö Fluss wedor Im Anker 7 noch im Kern 1 an irgendeiner Stelle, weder

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bei Fg .und F^ noch bei P₇ auf eine kleinere Fläche eingeengt werden larf als in diesen Filichen F₃ und F₄J wahrend es anderer« salts Platz· und Materialverschwendung bedeuten würde F₅, Fg und F7 grosser zu machen, als es obigen Beziehungen entspricht. Die Beziehung 4 weist sich bei der praktischen Bemessung der Elektroinagriete als sehr zweckmässig. Aus den Beziehungen 1-4 ergibt aich in der Praxis meist eine NutentLofe, die etwa gleich dom zehnton Toil des Kern- und Anker-Aussendurchmoseers ist. Ein Elektromagnet der dargestellten und beschriebenen Art mit einem Durchmesser von loo mm und einer Lunge von 12o. am hätte folgende Zugkraft:

na. .25 kr boi Üleiohstromerregung mit 2ooo Amperowindungen

it 3^ 11 11 11 11 It 25OO "

11 45 11 ti Ii ti H 3OOO " '

ti 60 ti H it " 11 4₀₀₀ »ι

1 ■ ' ,

Bei einer Leistungsaufnahme von 4o Watt betrug die Arbeite- .· leistung ca. 3o cmkg. .; ' ' ·

Bei Abweichung von den angegebenen Dimenslonierungobezlohungin 1'- 4 verringert sich die Zugkraft des iJloktromagnetön sehr rasch, so dass eine Toleranz voni40 ,·· in der Einhai-» tung dieser Beziohungen praktisch nicht überschritten werden ^r sollte. ·

Besonders vorteilhaft ist auch die Tatsache, da3S boi dar ange;;et)'3mm Ulmonsicinlorung von Kern und Anker 'Mn Zugkraft b'jl allen Iirrep.un»»<?H auf dem ganzen Ankorwofte praktisch konr.tant ·' bleibt, wahrend bei bekannten Elektromagneten diese Kraft Sdhr

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erheblich, z.B. im Verhältnis 3: 5 oder noch mehr schwenkt 'und allenfalls nur bei einer einzigen Stärke der Erregung eine geringere Schwenkung erzielt werden kann. Es sei diesbezüglich nooh erwähnt, dass gegen Ende der Ankerbewegung, also bei sehr kleinen Luftspalt S₁, zwar ein erheblicher Teil des gesamten

• magnetischen Flusses nicht mohr durch die Fluchen F-, und F-

j hindurch geht, dass aber dann die Kraftliniorv.Mohte sehr ntirk abnimmt, wahrend andorersoitr: die spoziflacho Anzlohungskraft dem Quadrat der Kr-aftliniendichte proportional ist. üle Versuche zeigen, dass bei Einhaltung obiger Beziehungen diese beiden Effekte sich praktisch kompensieren. Aus. dorLa^enunab-. hängigkeit der Zugkraft bei konstanter Erregung orgibt sich ferner, dans eine oindoutige Beziehung zwischen Zugkraft und Er-

: regung besteht und diese Beziehung ist, wie obige Angaben aolgan,

Sirtvweiten Qrorizon praktisch-linear. Der Elektromagnet eignot f·. .;■;··.:, . . ' ' : ;■··■■ ■- ■ - .· ■ ■ eich daher vorzüglich zum. Einbau in Reguliervorrichtungen, z.B.

, in Bremsvorrichtungen, Prüfvorrichtung usw.

V'-.*.¹ 'Es ist klar, dass dieselben Ergebnisse auch erzielt werden, wenn der Anker -7 als Kern und der Kern 1 als Anker benutzt wird. Forner künnto nan auch mehrore komplementär^ Hingrippen-₁

'und'Ringnuten am Korn und am Anker anbringen. Kern Und,Anker müssen dann ideell in Paare von koaxialen hohlzylindrischen Elementen aufteilbar s,oin, die dem Kern 1 und dom Anker 7 von Fig. 2 entsprochen.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   -,H *Α·ϊ ^y ' ·' ':'■■■·■ ' .· >' . '- '■:. ' · ■ ^^;fitektrOmagnet,. dessen Magnetkern und Anker mindestens oinplementärer Ringrippen und Ringnuten von trapes-

   fertigem Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass

   • «^J \ '·■·■"■·■■ ¹J ■■'' '■. ·" ·

   (' der Magnetkern und der Anker für jedes Paar von komplementKren

   • ■' ' ■ . - '·■ ' - ' * Rlngrippen (15) und Ringnuten (16).ein reeller, oder ideclloc

   .hohlzylindrlsches Element (1,7) aufweisen für welches mindestens angenähert folgende Beziehungen göltenι

   ■"'■■■■"■ · i J

   /·.. υ P₃ = P₅ ■

   ; ι Ϊ3).,^ J= P₃ + F₄ · !

   worin P₃ brw* P_4f.dle ttussere, bzw.'Innere Kegelstumpf-Mantel- i 'finch· der Ringnut (16), F. bzw. F/ die Fläche des äusseren,

   • bsw.vlnn*ren ktelerlngfbrmißen Querschnittes des dlo Ringnut V (16) aufweisenden, hohlzyllndrlschen Elementes (7) In Tiefe ' dei Nut."Und Fa die Fläche des kreisringförmigen Querschnittes*

   : dor Ulppe (15) an lhror Basis bedeutet. .
2. 2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_t":_Λ dass mindestens angenähert die Beziehung F₁ = F₂ gilt, worin F₁ dlo Flache des krelsrlrigförrnigen Quorschnittes des hohlzylindrischen Elömontos, und F₂ die Fläche «les kreisrlrigförmigen CJuer.nchnlttor. dor Ringrippe (16) in Ihrer halbon Höhe 1st*

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