Polarisiertes elektromagnetisches Antriebesystem Es sind zahlreiche
elektromagnetische Systeme bekannt, bei denen das Kraftspiel zwischen einem permanentmagnetiechen
und einem elektromagnetischen Teil ausgenützt wird* Eines der bekanntesten Systeme
ist das des elektrodynamischen Lautsprechers$ bei dem eine stromdurchflosaene Spule
in einem permanentmagnetischen Feld quer zur Richtung der Feldlinien bewegt wird.
Dieses System wird auch schon zur Schwingkrafterzeugung mit technischem Wechselstrom
benutzt wie z.B. zum Antrieb von kleinen Kompressoren. Es gibt ferner Systeme,
bei denen scheibenförmi-e Permanentmagnete innerhalb eines eisenarmierten wechseletrombeschickten
Statorsystems in axialer Richtung bewe"t werden, und weiterhin solchet bei denen
sowohl die Spulen mit ihren Eisenarmierungen als auch die Permanentmagnete statorseitig
feststehen, während nur ein ferritischer Anker als magnetische Feldbrücke benutzt
wird. Schlieselich sind Anordnungen bekanntl bei denen ein axial magnetisierter
Permanentmagnet im Innern von Solenoidspulen zur Antriebewirkung gebracht wird.
Diese Systeme arbeiten eisenlos, sie sind daher zwar querkraftfrei aber nur für
geringe Leistungen verwendbar. Die vorliegende Erfindung setzt in diesem Punkt ein.
Es soll ein möglichst querkraftarmen System geschaffen werden, dessen Wirk-Effekt
dem der besten bisher bekannten magnetischen oder dynamischen Systeme gleich oder
nahe kommen soll,
Aufbaumäseig werden in an sich bekannter Weise
axial magnetisierte zy--# lindrische Permanentmagnete in koaxialen zylindrischen
Spulen dadurch zur Kraft- und Bewegungewirkung gebracht, daso ihr radial sich ausbrei-;
tender Fluse mit den stromdurchflossenen Spulen eine dynamische Relativkraft erzeugt,
wobei aber die Spulen mit ihren Armierungen feststehen, während nur die Permanentmagnete
die Bewegung und Kraftabgabe übernehmen, Auch bei der Verwendung von Armierungen
zum Zweck der Effekt-Erhöhung lassen sich die Querkräfte hierbei klein halten, ebenso
wie sich Feinstpassungen zwischen polbildenden Teilen vermeiden lassen* Im Rahmen
der Erfindung wurde versucht, eine optimale Antriebeleistung einen solchen Systems
zu erreichen. Hierzu müssen folgende Merkmale richtig erkannt sein und kombiniert
werden: Die Eizenarmierung muse so gestaltet sein, dase der erzeugte magnetische
Fluse allein auf die Spulenbereiche konzentriert wird. Dies erreicht man erfindungegemäse
dadurchl dase der Eisenmantel im Bereich der Spulen dieselben möglichst eng umschliesst,
während der Bereich des Mantels zwischen den Spulen (bei Verwendung zweier Spulen)
sogar eine Wölbung nach aussen aufweisen kann, Zweitens muss der Permanentmagnet
so dimensioniert seing dass seine Länge und damit sein H-Wert so gross wirdt daso
ein Luftspalt von der Dicke der Spulen mit einem Fluse durchsetzt wird, der dem
Geaamtfluse gleich oder nahe kommt, den der Permanentmagnet hergibt. Diese Dimensionierung
des Permanentmagneten, in Bezug auf Durchmesser zur Länge, bewegt sich erfindungegemänn
im Zahlenverhältnie 1 : o12 bis 1 3 bei Verwendung von Barium-Ferrit
und im Verhältnis 1 : 1 bis 1 : bei Verwendung von Alnico. Drittens
müseen die Spulen so bemessen sein, dass insbesondere in ihrer bicke (Fensterhöhe)
der Bezirk nichfwesentlich überschritten wird, in dem eine genügende Flusadichte
des Permanentmagneten vorherrschte Erzielt man
durch niedrige Spulenhöhe
(- geringem Luftep&t) eine entsprechend höhere Luftspalt-Induktiong so muse
bei gegebener Bemessung des Permanentmagneten die Wirkbreite der Spule ebenfalls
abnehmen* Man gelangt also durch Wahl einen kleinen Luftspaltes (= geringer
Spulenhöhe) zu einer grossen Kupferersparnis. Dabei wird die Energie'Beaufschlagung
des Kupfers zwar grose, aber durch Vergieasen der Spule(n) mit dem Mantel und durch
weitere geeignete wärmetechnische Massnahmen läset sich die Wärme gut genug ableiten,
eben weil die Spulen auf der Statorseite fest angeordnet sind. Ausserdem gelangt
man durch die Verwendung einer solchen kleinen Spule zu einer hohen Kraftabgabe,
allerdings unter dem Nachteil eines geringeren Hubes, Da sich aber die Magnet-Arbeit
aus Kraft mal Hub zusammensetztg muss das System durch Vergrösserung der Wirkbreite
der Spulen den praktischen Bedingungen angepasst werden. Hierbei fällt zwar die
Kraft mit der Wurzel der Wirkbreitenvergrösserung, die Arbeit steigt jedoch linear
mit dem Hub. Nachstehende Formeln machen das deutlich*
A = F . x (2)
F - Kraft, B = Mittlere
Induktion im Spulenbereich, P = Leistung, s = Spulenlänge (Wirkbreite),
h Spulendicke (Fensterhöhe)i D m = Mittlerer Spulendurchmesser,
A = Arbeit, x Hub, K = Zahlenfaktor. Es gilt also nun bei einem
gewünschten Hub und damit gegebener Wirkbreite ein Optimum für die Spulendicke zu
finden, Die Bemessung der Spule erfolgt demnach erfindiin:-s-emg'ss drrart, dass
- im Rahmen des -eivdnschten Ihibes -
ihre Abr.mess-.inren
in Tr#A.te ind 1-1;--ih,- auf len magnef-isch durchsetzten I-t-iiim konzr#ntriert
sind. Für das richtiZe Zusammenwirken von Permaneritmag.net und Spulen ist schlieselich
die Verbindun- des in den vorgestellten entsprechenden Abschnitten Gesagten ausschla-gabend.
Zrf4-ndungsgnmäse werden die optimalen Abmessungen
unter Berücksichtigung
der baulichen Gegebenheiten - jeweils aus der Formel (1) bestimmte
Die AnwendungsmÖglichkeiten eines solchen elektromagnetischen Antriebesystems sind
sehr mannigfaltig. Sie reichen von Hubmagneten über Relais und Schütze zu Steuerungsmagneten
und Schwingantrieben (für Pumpen, Kompressoren uoaeme). Es ist aber auch
in der Umkehrung als Indikator und Generator benutzbar* In der Ausführung gibt es
zahlreiche Varianten, wobei entweder eine oder mehrere Spulen oder ein oder zwei
(bis mehrere) Permanentmagnete in gegenseitige Wirkverbindung gebracht werden können*
Die Eisenarmierung kann sich darauf beschränken, nur auf der Auesenseite. der Spulen
den Rückschluse des lpermanentfeldea zu verbesserng so dase die Eisenteile vom beweglichen
Permanentmagnetanker weit.genug entfernt bleiben, um so gut wie keine Querkräfte
zu erzeugen. Führt man das Eisen zur Rückschlugsverbesserung an eine Seite des Permanentmagneten
näher heran, so kann man nichtsdestoweniger den Luftspalt gross genug halten, um
Querkräfte tunlichst niedrig zu lassene Ngn wird-die Spule oder die Spulen in Vergiesamassen
mit ferritischen Mantelteilen oder sogar mit ferritischen Füllstoffen so vergiessen,
daso ein Körper grösseren Wärmeabgabevermögens entsteht, so daso man die Spulen
selbst elektrisch höher beaufschlagen kann. Insbesondere als Hubmagnet bietet das
erfindungegemässe System grösste Vorteile. Die Hauptkraftwirkung kommt auch bei
grösseren Hüben schon im Hub-Beginn zustande und auch die Induktivität wird wesentlich
geringer, so dase die Ansprechzeit aus diesen beiden Gründen bedeutend herabgesetzt
wird.
anker kann ein- oder beidseitig ferritische Polatücke tragen,
die die 0,uerüberleitung des Flusses ohne Beeinträchtigung den Magneten begünetigen.
Die Rückführung den Flusses erfolgt Uber einen Eisenmantel und rückseitig Uber einen:Einenflanach.
Will man gegen Hubende die Kraftwirkung zunehmen lassen, so kommt man zu einer Kombination
dieses dynamischen Prinzips mit einem normalen Elektromagneten, wobei man vorderseitig
einen Eisenschluse vorsiehtl der den Geaamtfluse zum Hubende schlieset. Hirbei muse
allerdings berücksichtigt werden, dasa der permanente Flussanteil nach dem Abschalten
des Magneten stehen bleibt und daas eine Rückstellfeder vorgesehen sein muss, die
die korrespondierenden Kräfte überwindet. Bei Oppositionspolen setzt dies einen
gröaeeren Restluftspalt und eine Rückstellfeder mit progressiver Charakteristik
oder eine zusätzliche Abdrückfeder voraus. Noch besser ist es aber, mit Schubpolen
zu arbeiten und auch bei diesen einen grösseren radialen Luftspalt zu belassen,
so dass eine nicht zu starke Rückstellfeder in der Lage ist# die permanentmagnetisch
stehenbleibenden Kräfte zu überwinden. Natürlich bietet ein solcher Hubmagnet auch
noch einen weiteren Vorteile Er kann durch Gegen-Impuls zur zwangsläufigen, kraftstarken
Rückstellung gebracht werden@ Hierbei wäre unter Umständen eine permanentmagnetische
Haftung in der Hubendlage erwünscht, da der Magnet dann stromlos in dieser Stellung
verbleiben kann, bis er durch Gegenimpule gelöst und beschleunigt (nämlich mit voller
Kraftwirkung) zurückgestellt wird. Wie die Erfindung ausgeführt werden kanng zeigen
mit den für sie weaentlichen Teilen folgende Zeichnungen. Fig. 1 zeigt zwei
gegeneinnig magnetisierteg fest miteinander verbundene Permanentagnete
(3 und 4), die innerhalb einer Spule (1) zur gleichgerichteten Antriebewirkung
gebracht werden* Die Nordpole der beiden Dauermagnete können aijeh durch ein ferritisches
Zwischenstück verbunden sein. Für die GrÖsse der Spule ist die dick gezeichnete
Form zu bevorzugen. Das gezeic4-nete elektromagnetische Antriebasyntem kann sowohl
mit Gleichstrom als
auch mit Wechselstrom betrieben werden. Das
gleiche gilt für alle folgenden gezeichneten Systeme bis einschliesalich Tig,'
6,
In Tig. 2 ist ein Antriebesystem dargestellt, bei dem zwei gleicheinnig
magnetisierte Permanentmagnete (3 und 4) innerhalb einer Spule
(1) gegenginander angetrieben werden. (In Fig. 1 und 2 ist der an
sich notwendige Eisenmantel nicht gezeichnet)@ Tig- 3-stellt ein elektromagnetischen
Antriebssystem dar# das mit einem Permaneutmagneten (3) und zwei gegeneinandergeschalteten
Spulen (1 und 2) arbeitet. Hierbei sind die beiden Spulen in eine Vergiesamasse
(5) eingegossen, die ferritische Fülletoffe enthält zur Verbesserung des
magnetischen Rückaohlussee und zur Herstellung eines Körpers grösseren Wärmeabgabevermögens,
Die Zone (6) zwischen den beiden Spulen muse jedoch frei von den ferritischen
Einachlüasen bleiben. Tig. 4 zeigt den Halbschnitt eines Systems, dessen beide Spulen
(1 und 2) durch einen rückschlusaverbessernden Eisenmantel (7) umschloseen
bzw. verbunden sind. Der innerhalb der Spulen zur Antriebawirkung gebrachte Permanentmagnet
(3) ist an seinen Enden mit ferritischen PolatÜcken (8 und9) zur Verbesserung
der Flussausbreitung versehen* In Tige 5 ist ein Antriebssystem gezeichnet,
das ähnlich dem in Fig. 4 dargestellten arbeitet* Der die Spulen (1 und 2)
umschliessende rückschluseverbessernde Mantel (7) ist jedoch rohrförmig aubgebildet
und der Permanentmagnet (3) trägt statt der Polatücke vorgezogene ringförmige
Pole. Fig. 6 zeigt achliesslich ein System, das nur mit einer Spule
(1) und einem Permanentmagneten (3) arbeitet. Der Eisenmantel
(7) ist hierbei verhältnismässig nahe an däs freie Polende des Permanentmagneten
herangeführte Ale letzte Variante der Erfindung ist in Fig. 7 ein
Hubmagnet dargestellt* Im Innern einer schlanken Spule (1) ist als'Tauchanker
ein Permanentmagnet (3) angeordnet. Der Gegenpol (lo) ist bei dieser Ausführung
als Schubpol ausgebildet. Zur Rückstellung des Permanentmagneten wird zweckmäaeigerweine
.eine Rückatellfeder mit progressiver Charakteristik oder eine zusätzliche Abdrückfeder
verwendet.Polarized electromagnetic drive system There are numerous known electromagnetic systems in which the play of forces between a permanent magnet and an electromagnetic part is exploited * One of the best-known systems is that of the electrodynamic loudspeaker, in which a current-carrying coil is moved in a permanent magnetic field across the direction of the field lines . This system is already used to generate oscillating forces with technical alternating current, for example to drive small compressors. There are also systems in which disk-shaped permanent magnets are moved in the axial direction within an iron-reinforced, alternating-current-charged stator system, and there are also systems in which both the coils with their iron reinforcements and the permanent magnets are fixed on the stator side, while only a ferritic armature acts as a magnetic field bridge is used. Schlieselich are arrangements bekanntl in which is accommodated an axially magnetized permanent magnet in the interior of solenoid coils to drive effect. These systems operate ironless, therefore they are indeed free of transverse force but can only be used for low performance. The present invention utilizes this point. It should a system with as little transverse force as possible can be created, the effect of which is to come close to or equal to that of the best known magnetic or dynamic systems ischen coils thereby brought to the effect of force and movement, that you spread out radially; tender fluff generates a dynamic relative force with the current-carrying coils, but the coils with their reinforcements are fixed, while only the permanent magnets take over the movement and power output, even when reinforcements are used to increase the effect, the transverse forces can be kept small, as well as fine fits between pole-forming parts can be avoided * In the context of the invention, an attempt was made to achieve an optimal drive performance of such a system. For this, the following features must be correctly identified and combined: The egg reinforcement must be designed in such a way that the generated magnetic fluff is concentrated solely on the coil areas. This is achieved according to the invention by the fact that the iron jacket in the area of the coils encloses the same as tightly as possible, while the area of the jacket between the coils (when using two coils) can even have an outward curvature so that its H-value is so large that an air gap the thickness of the coils is penetrated with a lint that is equal to or close to the total lint that the permanent magnet produces. This dimensioning of the permanent magnet with respect to diameter and length, moves in erfindungegemänn Zahlenverhältnie 1: o12 1 to 3 with the use of barium ferrite, and in a ratio of 1: 1 to 1: with the use of Alnico. Thirdly, the coils must be dimensioned in such a way that the area in which a sufficient flux density of the permanent magnet prevailed is not significantly exceeded, especially in terms of their thick (window height) Dimensioning of the permanent magnet also reduce the effective width of the coil * By choosing a small air gap (= low coil height), you can save a lot of copper. The energy applied to the copper is high, but by leasing the coil (s) with the jacket and using other suitable thermal measures, the heat can be dissipated well enough, precisely because the coils are firmly arranged on the stator side. In addition, the use of such a small coil leads to a high power output, but with the disadvantage of a smaller stroke, but since the work of the magnet is composed of force times stroke, the system must be adapted to the practical conditions by increasing the effective width of the coils. In this case, the force falls with the root of the increase in the effective width, but the work increases linearly with the stroke. The following formulas make this clear * A = F. x (2) F - force, B = mean induction in the coil area, P = power, s = coil length (effective width), h coil thickness (window height) i D m = mean coil diameter, A = work, x stroke, K = numerical factor. So it is now at a desired stroke and given effective width to find an optimum for the coil thickness, the design of the coil is accordingly erfindiin: -s-emg'ss drrart that - as part of the -eivdnschten Ihibes - their Abr.mess- .inren in Tr # A.te ind 1-1; - ih, - on len magnetically interspersed It-iiim are concentrated. For the correct interaction of Permaneritmag.net and coils, the connection is ultimately decisive in the corresponding sections presented. Zrf4-ndungsgnmäse the optimal dimensions taking into account the structural conditions - each determined from the formula (1) . The possible applications of such an electromagnetic drive system are very diverse. They range from lifting magnets to relays and contactors to control magnets and vibratory drives (for pumps, compressors, etc.). But it can also be used in reverse as an indicator and generator. only on the floodplain. of the coils to improve the return of the permanent magnetic field so that the iron parts remain far enough away from the movable permanent magnet armature to generate almost no transverse forces. If the iron is brought closer to one side of the permanent magnet to improve kickback, the air gap can nonetheless be kept large enough to keep transverse forces as low as possible - the coil or the coils are cast in potting compounds with ferritic jacket parts or even with ferritic fillers , that a body with greater heat dissipation capacity is created, so that the coils themselves can be subjected to higher electrical loads. The system according to the invention offers the greatest advantages as a lifting magnet in particular. Even with larger strokes, the main force comes about at the start of the stroke and the inductance is also significantly lower, so that the response time is significantly reduced for these two reasons. Anchor can carry ferritic pole pieces on one or both sides, which favor the transfer of the flux without impairing the magnet. The return of the river takes place over an iron jacket and on the back over a: a flange. If you want to increase the force effect towards the end of the stroke, you come to a combination of this dynamic principle with a normal electromagnet, whereby an iron lock is provided on the front side which closes the entire fluff at the end of the stroke. However, it must be taken into account that the permanent flux component remains after the magnet is switched off and that a return spring must be provided which overcomes the corresponding forces. In the case of opposition poles, this requires a larger residual air gap and a return spring with progressive characteristics or an additional forcing spring. It is even better, however, to work with shear poles and to leave a larger radial air gap with these too, so that a return spring that is not too strong is able to overcome the permanent magnetic forces. Of course, such a lifting magnet also offers another advantage.It can be brought to an inevitable, powerful reset by means of a counter pulse @ Here, under certain circumstances, permanent magnetic adhesion in the stroke end position would be desirable, since the magnet can then remain in this position without current until it is through Counter-impulse released and accelerated (namely with full force) is reset. The following drawings show how the invention can be carried out with the parts that are appropriate for them. Fig. 1 shows two oppositely magnetized permanent magnets (3 and 4) firmly connected to each other, which are brought to the rectified drive action within a coil (1) * The north poles of the two permanent magnets can be connected by a ferritic spacer. For the size of the coil, the thick-drawn shape is preferable. The illustrated electromagnetic drive system can be operated with direct current as well as alternating current. The same applies to all of the following drawn systems up to and including Tig, ' 6, In Tig. 2 shows a drive system in which two permanent magnets (3 and 4) which are magnetized in the same way are driven in opposite directions within a coil (1). (In Fig. 1 and 2 the iron jacket required per se is not shown) @ Tig- 3- represents an electromagnetic drive system that works with a permanent magnet (3) and two coils (1 and 2) connected against one another. The two coils are cast in a verifying compound (5) , which contains ferritic fillers to improve the magnetic return and to produce a body with greater heat dissipation capacity, but the zone (6) between the two coils must remain free of the ferritic Einachlüasen. Tig. 4 shows the half-section of a system, the two coils (1 and 2) of which are enclosed or connected by an iron jacket (7) which improves the return path. The placed within the coil for Antriebawirkung permanent magnet (3) is provided at its ends with ferritic PolatÜcken (8 and 9) to improve the flux propagation * In term 5, a drive system is shown, which similar to the works shown in Fig. 4 * of the coils ( 1 and 2) enclosing back- circuit-improving jacket (7) is, however, tubular and the permanent magnet (3) carries protruding annular poles instead of the pole pieces. Finally, FIG. 6 shows a system which only works with a coil (1) and a permanent magnet (3) . The iron mantle (7) here is relatively close to Däs free pole end of the permanent magnet zoom guided Ale last variant of the invention, a lifting magnet is shown in FIG. 7 * In the interior of a slender coil (1) is arranged als'Tauchanker a permanent magnet (3). The opposite pole (lo) is designed as a shear pole in this design. To reset the permanent magnet, a reset spring with progressive characteristics or an additional push-off spring is expediently used.