DE1589041A1

DE1589041A1 - Temperaturkompensierter Magnetkreis

Info

Publication number: DE1589041A1
Application number: DE19661589041
Authority: DE
Inventors: Gang Robert Edward; Cook Edward Joseph
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1965-12-08
Filing date: 1966-11-21
Publication date: 1970-03-19
Also published as: US3325758A; DE1589041B2; FR1504169A; GB1139112A

Description

Dr. CLAUS REi'riLÄMDisR PATENTANWALT

DIPL.-ING. H. KLAUS BERNHARDT V1 P99 I

8000 MÖNCHEN 23 · MAINZERSTR.5

VARIAN ASSOCIATES
PaIo Alto, California, USA

Temperaturkompensierter Magnetkreis

Prioritäten: 8. Dezember 19^5 , Vereinigte Staaten Ser.No. 512 422 und 512 423

Die Erfindung betrifft allgemein temperaturkompensierte Permanentmagnetkreise und insbesondere solche Kreise, die aus zwei Permanentmagneten bestehen, die axial voneinander entfernt angeordnet sind, so daß sie einen Luftspalt bilden, in einander unterstützender Richtung polarisiert sind und in einem magnetisch permeablen Abschirmjoch eingeschlossen sind. Solche Magnetkreise sind besonders brauchbar zur Erzeugung von axial gerichteten Magnetfeldern, beispielsweise für Kreuzfeldröhren, wie durch Spannung durchsteuerbare Magnetrons oder kräftigen gleichförmigen magnetischen Polarisierfeldern für Spektrometer für gyromagnetische Resonanz,

Schüsselartige (bowl type) Permanentmagnetkreise für sρannungssteuerbare Magnetrons sind bereite mittels einer Büchse aus Temperatur-

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kompensierwerkstoff temperaturkompensiert worden, die um den Äquator der schüsseiförmigen Permanentmagnete angeordnet wurde. Typischerweise wurde als Temperaturkompensierwerkstoff ein "bestimmter Typ Carpenter's steel mit einem negativen Temperaturkoeffizienten der magnetischen Permeabilität verwendet. Die Hülse bildet -einen temperaturempfindlichen magnetischen Shunt, der bei Erwärmung des Magneten weniger Magnetfeld shuntet, so daß die Verringerung der Magnetisierung des Permanentmagneten bei Erwärmung kompensiert wird. Ein solcher bekannter temperaturkompensierter Magnetkreis ist in der US-Patentschrift 3 194 998 beschrieben.

Schüsselartige Magnetkreise haben einen erheblichen Streufluß, und dementsprechend wird der magnetische Werkstoff nicht optimal ausgenutzt, so daß die ganze Struktur unnötig schwer und massig wird. Darüber hinaus rufen solche Kreise mit Streufluß Abschirmprobleme hervor, wenn sie dicht mit anderen Geräten zusammengepackt werden sollen, die magnetisch sein können oder die gegen StreufluS empfindlich sind.

Ein praktischerer Magnetkreis für viele Anwendungsfälle, bei den viele Probleme des schüsseiförmigen Kreises beseitigt sind, ist ein Magnetkreis, bei dem zwei voneinander entfernte axial ausgefluchtete Permanentmagnete in ein magnetisch permeable» Joch, beispielsweise aus Weicheisen, eingeschlossen sind, die den Fluß zwischen den äuBeren Enden der beiden Permanentmagnete zurückführt. Das einschließende Joch

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dient auch als magnetische Abschirmung zur Abschirmung des inneren Luftspaltee gegen von außen eingestreute Magnetfelder. Im folgenden wird ein solcher Magnetkreis als aelbstabschirmender Magnetkreis bezeichnet.

ErfindungsgemsS wird eine Wärmekompensation für den selbstabschirmenden Magnetkreis dadurch geschaffen, daß Wärmekompensations-Shunts vorgesehen werden, die einen oder mehrere der inneren Magnete des Kreises shunten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der selbstabschinsende Magnetkreis für ein mit Spannung durchsteuerbares Magnetron thermisch mittels einer thermischen Kompensationshülse kompensiert, die einen der Magnete umgibt, so daß der Magnet temperaturabhängig zusE Joch geshuntet wird. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der selbstefcschirmende Magnetkreis eines Spektrometers für gvroiEagnetische Resonanz thermisch rcittels einer Thermokompensaticnsirilse kompensiert, die jeien Ke «met en umfaßt, oder mittels eines Koxre:isiereleziei.teE innerhalb eines, oder beider Magnete, mit dein die Magnete in sich selbst zurückgeshuntet werden.

Durch die Er::ndung soll also ein thermisch kompensierter selbstabgeschirmter K-^^setkreis verfösrbar geicacht werden-.

ErfindungsgerräS wird ein Thermisches Korzvens-tiartselement so angeordnet, dai Flti-i von einer: Teil eines inneren Magneten eines selbstabschirn:enden PerEanentmagnexkreises entveier an das Abschirmt och oder

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an einen anderen Teil des Magneten gebrückt wird.

Weiterhin wird erfindungsgemäß bei Magneten mit niedriger Sättigungsfluüdichte, beispielsweise Platin-Kobalt-Magneten, ein Kompensationselement verwendet, das den. Magneten zum diesen umgebenden Abschirmjoch brückt, so daß der Magnet zum Flußrückfuhrjoch geshuntet wird, so daß eine Sättigung des Permanentmagneten im Gebrauch verhindert wird. . .........

Weiterhin füllt erfindungsgemäß das Wärmekompensationeelement den. Raumbereich um einen der inneren Magneten und zwischen diesem Magne- . ten und dem diesen umgebenden Joch im wesentlichen aus, so daß die., . Shunt-Flußdichte über eine erhebliche Fläche des Magneten verteilt . wird, um örtliche Fluflsättigungseffekte zu verhindern.

.Darüber hinaus wird bei einem selbstabschirmenden Magnetkreis für ein spannungssteuerbares Magnetron, bei dem einer der inneren Magnete größer ist als der andere., das Wärmeicompensationselement so angeordnet, daß es nur den größeren Magneten umgibt, so daß die Ausgangsspannung des Magnetrons durch die Temperaturkompensation am wenigsten beeinflußt wird.

Darüber hinaus kann das Temperaturkompensationselement erfindungsgemäß eine relativ dünne Hülse aus Temperaturkompensationswerkstoff sein, die wenigstens einen und vorzugsweise beide Magnete des selbstabschir-

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menden Magnetkreises umgibt, so daß der Magnetkreis temperaturkompensiert wird, ohne daß die Gleichförmigkeit des Feldes im Spalt merklich gestört wird.

Schließlich kann erfindungsgemäß das Temperaturkompensationselement innerhalb wenigstens-eines und vorzugsweise beider Permanentmagnete angeordnet werden, so daß die Gleichförmigkeit des Feldes im Spalt nicht merklich vom Shunt gestört wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen»

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen selbstabschirmenden Permanentmagnetkreis für ein Magnetron mit erfindungsgemäßer Temperaturkompensation;

Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen selbstabschirmenden Permanentmagnetkreis mit großer Feldstärke für Spektrometer für gyromagnetische Besonanz mit einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperaturkompensation; Figur 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperaturkompensation für den Magnetkreis eines Magnetrons; Figur 4 einen Längsschnitt durch ein spannungssteuerbares Magnetron mit erfindungsgemäßer Temperaturkompensation; Figur 5 die Abhängigkeit der Magnetfeldstärke im Luftspalt vom Abstand vom.kleinen Magneten für das Magnetron nach Figur 4f Figur 6 die Abhängigkeit der Frequenz-Drift von der Temperatur bei einem Magnetron mit und ohne erfindungsgemäßer Temperaturkompensation;

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Figur 7 einen Längsschnitt durch einen selbstabschiriaenden Permanentmagnetkreis für hohe Feldstärke für Spektrometer für gyromagnetische Resonanz mit erfindungsgemäßer Temperaturkompensation.

In Figur 1 ist ein selbstabschirmender Permanentmagnetkreis 1 dargestellt, der besonders für spannungssteuerbare Hagnetrons geeignet ist und erfindungsgemäß temperaturkompensiert ist. Der dargestellte Magnetkreis besteht aus zwei axial ausgefluchteten kegelstumpfförmigen Permanentmagneten 2 und 3, beispielsweise aus Platin-Kobalt oder Alnico IX. Die Magnete 2 und 3 sind einander magnetisch unterstützend polarisiert, so daß eine Magnetfeldstärke H von etwa 2000 Gauss im Spalt 4 hervorgerufen wird, der durch den Kaum zwisohen den einander gegenüberliegenden Enden der Magnete 2 und 5 definiert wird·

Ein abgeschlossenes zylindrisches Abschirmjoch 5, beispielsweise aus Weicheisen, umgibt die Magnete 2 und 3 und bildet einen Rückweg für den magnetischen Fluß zwischen den einander fernen Enden der Magnete 2 und 5· Da8 die Magnete umschließende Weicheisenjoch 5 dient auch dazu, den Luftspalt gegen magnetische Störungen und thermische Effekt« abzuschirmen, die von außen an das Joch 5 herangetragen werden, und hält darüber hinaus das Feld der Magnete 2 und 3 davon ab, sich über das Joch hinaus auszudehnen und andere Geräte in der Nähe zu beeinflussen.

Die thermische Kompensation des Magnetkreises nach Figur 1 wird mittels eines ringförmigen Wärmekompensationsshunt 6 erhalten, der einen

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negativen Temperaturkoeffizienten der magnetischen Permeabilität hat, der,größer ist als der Temperaturkoeffizient des Magnetwerkstoffes_f beispielsweise Carpenter's 30 Typ II-Legierung aus 30 #> Nickel und 70 ^o Eisen· Das Kompensationselement 6 füllt den Raum zwischen dem kegelförmigen Permanentmagneten 2 und dem diesen umgebenden Joch 5, ep daß ein Teil des Magnetflusses um den Magneten 2 über das Shunteleraent 6 und das Joch .5 geshunjtet wird. Das Kompensationselement 6, , wird ....so- ausgewählt, bemessen und angeordnet, daü am oberen Ende des zu ,kompensierenden Betriebstemperaturbereiches die Shuntwirkung ein Minimum hat, vorzugsweise so, daß. der Shunteffekt gleich null ist. Am unteren Ende des Betrieb-Stemperaturbereiches ist dann der Shunteffekt des Shuntelementes maximal, und vorzugsweise gleich dem Flu3-gewinn des Magneten auf Grund des Temperaturabfalls. .Auf diese Weise wird die Magnetfeldstärke im Spalt 4 üter den Betriebstemperaturbereioh etwa konstant gehalten.

Im Magnetkreis nach Figur 1 sind die Megnete 2 und 3 speziell für ein spannungssteuerbares Magnetron gemäß der älteren deutschen Anmeldung V 31 099 IXd/21g der Anmelderin angeordnet. Kurz, ein Magnet 2 ist in der Nähe des Emitters angeordnet und ein kleinerer Magr net 3 ^am anderen Ende der Röhre, so da3 eine größer werdende Feldstärke H über dem Spalt 4 erhalten wird, wobei der Bereich größerer Feldstärke des Feldes H am Emitterende des Magnetrons liegt und im HF-Wecheelwirkungskreie am anderen Ende des Magnetrens ein Bereich konstanter magnetischer Feldstärke erhalten wird (Figur 5)· Bei die-

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ser Anordnung wird bei Verwendung von Platin-Kobalt-Magneten 2 und 3 das Wärmekompensationselement vorzugsweise um den größeren Magneten 2 herum angeordnet, und zwar aus noch zu erläuternden Gründen.

In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperaturkompensation dargestellt, wobei ein selbstabschirmender Permanentmagnetkreis 7> der besonders zur Erzeugung von relativ, starken Luftspaltfeldern in der Größenordnung von 14·000 Gauss geeignet ist, mit zwei Korcrensations-Shuntringen oder -hülsen 8 und 9 temperaturkor.pensiert ist. Eine Hülse ist um jeden der beiden axial ausgefluchteten Permanentmagnete 11 und 12, beispielsweise aus Alnico V-7 angeordnet. Wie im Falle des Kreises 1 nach Figur 1 besteh-j/die Temperaturkompensationshülse 8 oder 9 aus Carpenter's 30 Typ Il-Legierung. Die spezielle Ausführungsf'orin wird noch näher in Verbindung mit Figur 7 erläutert.

Wie im Falle des Magnetkreises nach Figur 1 sind die Magnete.11 und 12 in ein geschlossenes zylindrisches Abschirmjoch 13» beispielsweise aus Weicheisen, eingeschlossen. Die Magnete 11 und 12 sind in einander unterstützendem Sinne polarisiert, se daß ein gleichförmiges Magnetfeld hoher St^rice. in Luftspalt 14 erzeugt wird. Zwei kegelstumpfförmige Polschuhe I5 und 16, beispielsweise aus Weicheisen, sitzen auf den einander gegenüberliegenden Enden der Magnete 11 und 12, um eine gleichförmigere Verteilung des Magnetfeldes im Luftspalt Η zu gewährleisten als möglich wäre, wenn der Magnetwerkstoff Alnico V-7 bis zum Luftspalt 14 reichen würde.

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Bei dem Magnetkreis nach Figur 2 sind folgende Magnet-Daten üblich.: Die Permanentmagnete 1t und 12 aus Alnico V-7 sind 165 mm (6,5") lang und haben einen Durchmesser von 155 rom (6,12"). Das Joch 13 hat eine Stärke von 31,θ mm (1,25") bei einem Außendurchmesser von etwa 356 mm (14")· Die Polschuhe 15 und 16 sind-jeder 25,4 ^mm (1") dick und verjüngt, so daß sich ein Minimaldurchmesser von 63,5mm (2,5") ergibt, und sie haben einen solchen Abstand, daß der Luftspalt I4 12,7 mm (O,5") lang wird. Die Magnete 11 und 12 werden mit nicht dargestellten Axialbolzen am J.och I3 festgehalten. Die Kompensationshülsen sind 1,02 bis 2,54 mm (0,040 bis 0,1") dick und haben eine Länge von 102 mm (4")> sie erstrecken sich über etwa 2/3 der Länge der beiden Magnete 11 bzw. 12. Die Wärmekompensationshülsen 8 und9 können mit einem geeigneten Klebstoff an die Magnete 11 und 12 geklebt werden, oder sie können dicht am Magneten, aber von diesem getrennt angeordnet werden, beispielsweise durch einen Spalt von 3>18 mm (θ,125") Stärke.

In Betrieb setzen Kompensationshülsen gemäß Figur 2 den effektiven Temperaturkoeffizienten der Magneten von 0,014 ^c/o/°C auf 0,0019 /°/°C herab, wenn eine Hülse von 2,04 mm (θ,Ο8Ο") Stärke verwendet wurde, und zwar in einem Bereich von 6 G zwischen 36,9° C und 30,9° C» wenn im Spalt 14 eine Feldstärke von 14·000 Gauss herrscht.

Eine andere Temperaturkompensation i'st ebenfalls in Figur 2 dargestellt. Einer oder beide Permanentmagneten 11 bzw. 12 weisen eine axiale Bohrung auf, in der ein magnetisch permeables Element 20 aus

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Temperaturkompensationswerkstoff, beispielsweise Carpenter's 30 Typ IlLegierung liegt. Das Element 20 dient dazu, einen magnetischen Shunt für den Magneten zu liefern, der temperaturabhängig 13t und bei niedrigen Temperaturen mehr Fluß shuntet als bei hohen Temperaturen, so daß die Magnetflußstärke im Luftspalt über den kompensierten Temperaturbereich konstanter gehalten wird. Diese spezielle Stabkompensation wird später in Verbindung mit Figur 7 noch näher erläutert.

In Figur 3 ist eine andere Temperaturkompensation nach der Erfindung zur Temperaturkompensation von selbstabgeschirmten Permanentmagnetkreisen dargestellt. Der Kreis nach Figur 3 ist besonders gut für spannungssteuerbare Magnetrons geeignet, ist jedoch weniger vorteilhaft als der Magnetronkreis nach Figur 1, weil das Feld im Spalt durch die Temperaturkompensationsshuhts stärker gestört wird.

Der Magnetkreis nach Figur 3 ist identisch dem nach Figur 1, es sind deshalb für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet worden; nur der Temperaturkompensationsshunt 6 nach Figur 1 ist ersetzt worden durch zwei Shuntplatten 18, die quer an den einander gegenüberliegenden Enden der Permanentmagnete 2 und 3 sitzen und deren Umfang mit dem zylindrischen Joch 5 verbinden.

Wie im Falle der Magnetkreise nach Figuren 1 und 2 bestehen die Platten 18 aus Carpenter's 30 Typ II-Legierung. In Betrieb verlieren bei Erwärmung des Magnetkreises und dementspreohender Verringerung der

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magnetomotorischen Kraft die Platten 18 magnetische Permeabilität, so daß ein kleinerer Teil des Flusses im Spalt I4 zum Joch 5 geshuntet wird, so daß schiießtlich eine einigermaßen konstante Magnetfeldstärke im Spalt 4 aufrechterhalten wird«

In Figur 4 ist ein Längsschnitt durch einen Magnetkreis nach Figur 1 dargestellt, nach dem ein spannungssteuerbares Magnetron eingesetzt ist, und.es sind noch Konstruktionseinzelheiten des Magnetkreises dargestellt. Ein Block aus Weicheisen 21 ist mit einer zylindrischen Bohrung 22 versehen, die an beiden Enden bei 23 und 24 mit Innengewinde versehen ist. Zwei Hülsen 25 und 26 mit Auflengewinde, beispielsweise aus Weicheisen oder Stahl, sind an den äußeren Enden mit zwei kreisförmigen Endplatten 27 und 28, beispielsweise aue Weicheisen oder Stahl, die an die Hülsen 25 und 26 angeschweißt sind, verschlossen, so daß zwei schüsseiförmige Unter-Baueinheiten gebildet werden.

Zwei kegelstumpfförmige, einander unterstützend polarisierte Permanentmagnete 29 und J!, beispielsweise aus Platin-Kobalt, sind fest an den Bndplatten 27 und 28 der schüsselförraigen Baueinheiten befestigt und regen axial von den Enden aus in die Bohrung 22 hinein. Ein Magnet 3I ist größer als der andere, so daß im Sp-ilt ein stärker werdendes Magnetfeld gemäß Figur 5 erhalten wird. Ein Temper&.turkonpensationsring aus Carpenter's Stahl 30 Typ II mit keilförmigem Querschnitt ist um den größeren Magneten 31 gepaßt und paßt mit seiner Innenfläche an die äußere konische Oberfläche des Magneten 31 und mit der Außenfläche an

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die Innenseite der Hülse 26. Ein mit Gewinde versehener Haltering 33» beispielsweise aus unmagnetischem rostfreien Stahl, ist in das innere Ende der Hülse 26 eingeschraubt und fest gegen den Temperaturkompensationsring 32 angezogen, so daß eine dichte, feste Baueinheit gebildet wird, mit der der größere Magnet 3"! zuverlässig in festem Kontakt sowohl ::.it der Endplatte 28 als auch dem Wärmekompensationsring gehalten wird, der seinerseits in engem Kontakt mit der Weicheisenhülse 26 gehalten wird. Auf diese Weise wird eine gute Wärmeberührung zwischen dem Magneten 3"! » dem Kompensationsring 32 und dem alles umgebenden Weicheisenjoch gewährleistet, so daß Temperaturgradienten verringert werden, während gleichzeitig eine steife, mikrophoniefreie Kagnetkreiskonstruktion geschaffen wird.

Ir, Spalt 35 zwischen den einander gegenüberliegenden Enden der Magneten ist ein spanr.ungssteuerbares Magnetron 34 angeordnet, ähnlich wie in der älteren A;r. .τ. el dung V 3I 039 IXd/21g der Anmelderin beschrieben.

I)er Koir.pensiereffekt aes Temperaturkorr.pensationsrings 32 ^&-uf das Verhalten des spannung-s steuerbaren Kagnetrcns 34 ist in Figur 6 dargestellt, wc die Frequenz-Drift in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur aufgetragen ist. Die für axe un.-coEpensierte Röhre geltende •Curve, d.n. für eine Rcr.re chne Kompensationsring-32». zweigt eine erhebliche Prejuenz-Lrift von IO5 I^-IKz über einen Temperaturbereich von 64" C, während die gleiche Röhre mit einem Temperaturkompensations-

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ring 32 eine Gesamt-Frequenzverschiebung von nur 11 MHz im gleichen Temperaturbereich zeigt.

Es wurde festgestellt, daß bessere Ergebnisse erhalten werden, wenn der Temperaturlcompensationsring 32 nach -Figur 4 nur um den größeren Magneten 3I herum angeordnet wird. Die Ausgangsspannung des Magnetrons, d.h. der Rauschanteil und die Linearität der Spannungsdurchstimmung reagiert sehr.empfindlich auf die Feldform (Bereich konstanten Feldes) vom kleinen Magneten 29> ist aber verhältnismäßig unempfindlich gegen die Verstärkung des Feldes durch den großen Magneten. Wenn also der TemperaturJcompensationsring 32 nur um den größeren Magneten 3I herum angeordnet wird, wird das Betriebsverhalten der Röhre weniger durch die Feldönderungen in Abhängigkeit von der Temperatur auf Grund des !Compensators 32 beeinflußt.

In Figcr 7 'ist ein selbstabgeschirmter Permanentmagnetkreis 4I dargestellt, der besonders für Spektrometer für gyromagnetische Resonanz geeignet ist und erfindungsgemäß temperaturkompensiert ist. Insbesondere besteht der Magnetkreis aus zwei axial ausgefluchteten, voneinander entfernten" Permanentmagneten 42 ^un(l 43 mit kegelstumpfförmigen Enden 44» beispielsweise aus Alnico V-7·

Die einander gegenüberliegenden Enden der Magnete 42 und 43 weisen zwei kege1stumpfförmige magnetisch permeable Polschuhe 45 auf, beispielsweise aus 25 mm (1") dickem Weicheisen, die außergewöhnlich

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gute Gleichförmigkeit haben; die Polschuhe sind poliert, um eine sehr gute Parallelität zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen zu erhalten.

Die Magnete 42 und 43 sind in einander magnetisch unterstützendem . Sinne polarisiert, so daß sich ein in einer Richtung weisendes Magnetfeld mit einer Stärke H von etwa T4..OOO Gauss im Spalt 46 ergibt , der beispielsweise 12,7 mm 0/2") lang ist und durch den Baum zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Polschuhe 45 gebildet wird. Das Feld soll auf größenordnungsmäßig 1 Milligauss pro Zentimeter gleichförmig sein, um Spektren gyromagnetischer Resonanz mit hoher Auflösung zu erhalten.

Ein selbstabschirmendes geschlossenes zylindrisches Joch 471 beispielsweise aus 31»8 n™ 0 1/4") dickem Weicheisen, umgibt die Magnete 42 und 43 und bildet einen Rückweg für den Magnetfluß zwischen den einander fernen Enden der Magnete 42 und 43· Das umschließende Weicheisenjoch 47 dient auch alsÄbschirmung für den Luftspalt gegen magnetische Störungen und von außen kommende Effekte, und hält darüfcer hinaus das Feld der Magnete 42 und 43 innerhalb des Joches, so daß in der Nähe befindliche Geräte nicht beeinflußt werden.

Eine thermische Kompensation des Magnetkreises 41- wird durch zwei relativ dünne Wärmekompensations-Shunthülsen 48 erreicht, die einen negativen Temperaturkoeffizienten der magnetischen Permeabilität haben,

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beispielsweise Carpenter¹s 30 Typ II-Legierui.r aus 30 '/ο Wickel und 70 ^c/a Eisen, die einen erheblich größeren ?.oef f izienten hat als der Magnetwerkstoff. Die Kompensationselemente 4Ö erstrecken sich über etira 2/3 der LHnge der Magnete 42 und 43» so daß ein Teil des Magnetflusses um die Magnete 42 und 43 über die Shunts 48 geshuntet wird. Die Kompensationselemente 48 sind so ausgewählt, bemessen und angeordnet, daß am oberen Ende des auszukompensierenden Betriebstemperaturbereiches die Shuntwirkung ein Minimum hat, vorzugsweise der Shunteffekt gleich null ist. Am unteren Ende des Betriebstemperaturbereiches hat dann der Shunteffekt der Shunts 48 ein Maximum und ist vorzugsweise gleich dem Flußgewinn der Magnete auf Grund des Temperaturabfalls. Auf diese Weise ist die magnetische Feldstärke im Spalt 46 im Betriebstemperaturbereich etwa konstant.

Die Temperaturkompensationshülsen 48 werden von ier Innenseite von zwei unmagnetischen zylindrischen Spulenkcrpern 49» beispielsweise aus Aluminium, gehalten, die ihrerseits τ.it einer Anzahl Schrauben 57 an ihren Enden vom Joch 47 gehalten werden. Die Hülsen 4B sind magnetisch dicht an den Magneten 42 und 43 angeordnet, in iex Sinne, daß keine merkliche magnetische Abschirmung zwischen den Hülsen und den Magneten -2 und 43 vorhanden ist. Zwei Kagnetisierspulen ~2 sind auf der Außenseite der Spulenkörper 49 angeordnet, um bei Erregung mit Strom die anfängliche Magnetisierung der Permanentmagnete 42 und 43 herbeizuführen. Wenn die Magnete 42 und 43 an Ort und Stelle voll magnetisiert sind, werden die Spulen 52 nicht mehr mit einem starken

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Gleichstrom erregt, sondern können dazu verwendet werden, das statische Feld H zu modulieren oder zu wobbeln, indem ein kleines magnetisches Wechselfeld im Spalt überlagert wird, das dadurch erhalten wird, daß ein relativ schwacher niederfrequenter Wechselstrom durch die Magnetisierspulen 52 geschickt wird.

Der in der Zeichnung dargestellte Magnetkreis kann beispielsweise folgende, typische Abmessungen habeni Die Permanentmagnete 42 und 43 aus Alnico V-7 haben eine Länge von I65 mm (6,5") und einen Durch- . messer von 155 mm (6,12")· Das Joch 47 hat eine Stärke von 31,8 mm (1,25") und einen Außendurchmesser von etwa 35^ mm (14¹¹)· Die Polschuhe 45 sind jeder 25,4 mm (T") dick und verjüngt, so daß sie einen Minimaldurchmesser von 63,5 mm (2,5") haben, und sie haben einen solchen Abstand, da3 ein Luftspalt 46 von 12,7 mm (θ,5") gebildet wird. Die Kompensationshülsen 48 sind 1,02 bis 2,54 mm (0,040 bis 0,1") dick und 102 mm (4") lang, und sie reichen über etwa 2/3 der Länge der Magnete 42 und 43· Die thermischen Kompensationshülsen 48 können mit einem geeigneten Klebstoff unmittelbar an die Magnete 42 und 43 geklebt werden, oder sie können einen kleinen Abstand vom Magneten haben, beispielsweise kann ein 3*18 mm (0,12-5") starker zylindrischer Luftspalt vorhanden sein und kör.nen die Hülsen mit den Spulenkörpern gehalten werden, wie dargestellt ist.

In Betrieb wurde mit den dargestellten Koropensationshülsen 48 der effektive Temperaturkoeffizient der Magnete von 0,014 fo/° C auf 00)19 f°/ C mit einer Hülse von 2,04 mm (0,080") Stärke in einem

---hi

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Temperaturbereich von 36,9 C !bis 30,9 C bei einer Magnetfeldstärke von 14«000 Gauss im Spalt 46 herabgesetzt. Zusätzlich verteilt der Shuntweg für die Flußlinien durch die Shunthülsen 48 den Fluß um den kompensierten Magneten, ohne daß der Shuntflußweg einen merklichen Teil des Joches 47 enthält, das die Verbindung zwischen den einander fernen Polen der Magnete 42 und 43 herstellt. Auf diese Weise spricht der Temperaturkompensator nicht auf magnetische Änderungen in dem Teil des Joches 47 an, das die Verbindung zwischen den einander fernen Polen herstellt. ,

In Figur 7 ist eine weitere Möglichkeit der Temperaturkompensation nach der Erfindung dargestellt. Einer oder beide, vorzugsweise beide Magnete 42 und 43 haben eine Zentralbohrung,, in der Gewindestäbe 53 aus Temperatürkompensationswerkstoff, beispielsweise Carpenter·s 30 Typ II-Legierung, mit einem kräftigen negativen Temperaturkoeffizienten der magnetischen Permeabilität liegt. Die Stäbe 53 sind am Innenende 54 in Gewindebohrungen in der Mitte der Polschuhe 45 geschraubt. Die äußeren axialen Teile der Joche 47 sind axial durchbohrt und weisen bei 55 eine Gegenbohrung auf, wo Muttern 56 liegen können, die über die äußeren Gewindeenden der Stäbe 53 geschraubt sind. Die Muttern 56 werden auf den Stäben 53 angezogen, so d'aß die Magnete 42 und die Polschuhe am Joch 47 festgelegt werden.

Die Temperatürkompensationastäbe 531 <ü^e innerhalb der Magnete 42 und 43 angeordnet sind, dienen als temperaturempfindliche magnetische

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Shunts zur Temperaturkompensation. Wie bei den Hülsen 48 dienen die Stäbe dazu, einen kleiner werdenden Teil des gesamten magnetischen Flusses von den Magneten bei wachsender Temperatur zu shunten, so daß der Abfall im magnetischen Fluß der Magnete 42 und 43 bei steigender Temperatur durch kleiner werdenden magnetischen Shunteffekt der magnetischen 'Shunts 53 ausgeglichen wird. In einem Magneten mit den obigen Abmessungen und Daten haben die Stäbe 53 etwa 25»4 mm (1") Durchmesser. Wenn die Temperaturkompensation mit inneren Stäben unerwünscht ist, können die Stäbe 53 einen Durchmesser von 16 mm (5/8") haben und aus unmagnetischem rostfreien Stahl bestehen.

Wie auch die Hülsen 48 ermöglichen die Stäbe 53 eine Temperaturkompensation unabhängig von Änderungen in den magnetischen Eigenschaften des Teils des umschließenden Jbches 47» das eine Verbindung zwischen den einander fernen Polen der Magnete 42 und 43 herstellt.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Hülsen 48 und die Stäbe 53 symmetrisch zu einer Ebene angeordnet, die durch die Mitte des Spaltes 46 senkrecht zu den Achsen der Magnete 42 und 43 gelegt ist. Diese Symmetrie verringert unerwünschte Magnetfeldgradienten im Spalt 46.

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Claims

PATENTANWALT
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Patentansprüche

1. Temperaturkompensierter Magnetkreis mit zwei axial ausgefluchteten, voneinander entfernten und in gleiche Richtung polarisierten Permanentmagneten, deren Magnetisierung mit steigender Temperatur abnimmt, und einem magnetisch permeablen Joch, das die Magnete im wesentlichen umsohließt und so angeordnet ist, daß ein Plußrückführweg zwischen den voneinander wegweisenden Polen der Magnete gebildet wird und der Luftspalt zwischen den Magneten gegen außerhalb des Joches erzielte Streufelder abgeschirmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Temperaturkoinpensations-Shunt vorgesehen ist, dessen magnetisohe Permeabilität mit steigender Temperatur abnimmt und der so angeordnet ist, daß ein mit steigender Temperatur fallender Anteil des vom Magneten erzeugten magnetischen Flusses vom Luftspalt weggeshuntet wird, -so daß die Stärke des magnetischen Flusses im Luftspalt innerhalb eines bestimmten Betriebstemperaturbereiches im wesentlichen konstant gehalten wird.

2. Magnetkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatürkompensations-Shunt aus einem Ring aus Temperaturkompensationswerkstoff besteht, der wenigstens einen der Magnete umfaßt.

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3. Magnetkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring sich in axialer Richtung über den überwiegenden Teil der axialen Länge eines der Magnete reicht.

4. Magnetkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring den ringförmigen Raumbereich zwischen dem umfaßten Magnet und dem Magnetjoch im wesentlichen ausfüllt.

5· Magnetkreis nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß der umfaßte, Magnet kegeistumpfförmig ist und der Ring keilförmigen Querschnitt hat.

6. Magnetkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 5i bei dem einer der beiden Magnete größer ist als der andere, so daß eine ansteigende Feldstärke in Spalt erzeugt wird und im Spalt ein Magnetron angeordnet ist, dessen Emitter näher am größeren Magneten als am kleineren Magneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkompensationsring nur den größeren Magneten umschließt,, so daß die Ausgangsspannung des Magnetrons weniger empfindlich gegen Änderungen in der Form des Magnetfeldes ist, die durch den Temperaturkompensationsring hervorgerufen werden.

7· Magnetkreis nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch eine Bohrung aufweist, die mit den ,beiden ausgefluchteten Magneten axial ausgefluchtet ist, an einem Ende mit Innenbohrung versehen ist und wenigstens einer der beiden Magnete in einem schusseiförmigen Körper aus magnetisch permeable^ Material gehaltert ist, der mit Außengewinde versehen ist und miVdiesem in die Gewindebohrung des Joches eingeschraubt ist und diese abschließt.

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Magnetkreis nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Joch einen Block aus Weicheisen umfaßt.

9c Magnetkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkompensatioiisshunt aus zwei Plat-ten aus Temperaturkompensationswerkstoff "besteht, die quer zu den Achsen der axial ausgefluchteten Magnete angeordnet sind, wobei jede Platte auf einer anderen Seite und innerhalb des Luftspaltes des Magnetkreises liegt.

10. Magnetkreis nach Anspruch 1 , bei dem der. magnetische Shunt magnetisch in der Nähe wenigstens eines der beiden Magnete angeordnet ist und sich in axialer Richtung über einen Teil der Länge dieses Magneten erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Shunt dazu dient, den Teil des magnetischen Flusses um den Magnet herum über einen Magnetflußweg zu shunten, der im wesentlichen unabhängig von dem Teil des Joches ist, das die Verbindung zwischen den beiden voneinander entfernten Polen herstellt, so daß die Temperaturkompensation unabhängig von magnetischen Änderungen im Joch ist.

ο Magnetkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsshunt aus einer relativ dünnen Hülse besteht, di'e koaxial zum kompensierten Magneten angeordnet ist und diesen umfaßt.

1-2ο Magnetkreis nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse sich in axialer Richtung über den überwiegenden Teil der axialen Länge des kompensierten Magneten erstreckt.

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13· Magnetkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beide Magneten gleichartige Temperaturkompensations-Shunts aufweisen, die im wesentlichen symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die normal zur Achse der Magnete durch die Mitte des Luftspaltes verläuft.

14. Magnetkreis nach einem der Ansprüche 11 bis 13 mit einer Magnetisierspule, die koaxial zum kompensierten Magneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsspule die Kompensationshülse umgibt.

15· Magnetkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensations-Shunt innerhalb des kompensierten Magneten angeordnet ist.

16. Magnetkreis nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensations-Shunt ein koaxial zum Magneten angeordneter Stab ist.

17· Magnetkreis nach Anspruch 16 mit zwei magnetisch permeablen Polschuhen auf den einander gegenüberliegenden Polen der beiden Magnete, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab dazu dient, einen der Polschuhe und einen Teil des Joches miteinander zu verbinden, so daß der Polschuh und der kompensierte Magnet am Joch gehalten werden.

18. Magnetkreis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß beide Magneten ähnliche Temperaturkompensationsstäbe aufweisen, die im wesentlichen symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die normal zur Achse der Magnete liegt und durch die Mitte des Luftspaltes verläuft»

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