DE1614727B2 - Magnetsystem mit anker, spule und dauermagneten fuer mechanische betaetigungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem mit Anker, Spule und Dauermagneten für mechanische Betätigungen, bei dem die gesamte zur Bewegung des Ankers erforderliche magnetische Kraft aus der Energie des dauermagnetischen Feldes gewonnen und in einem einzigen magnetischen Kreis über einen einzigen Arbeitsluftspalt auf den Anker ausgeübt wird.

Die vielseitig eingesetzten einfachen Gleichstromhubmagnete weisen den erheblichen Nachteil auf, daß ihre Spulen oft für 100 % ED (relative Einschaltdauer) bemessen werden müssen und damit die Baugröße von der Erwärmung vorgeschrieben wird. Nach dem Anziehen des Ankers wird die gesamte elektrische Leistung nur noch in Wärmeverluste umgesetzt.

Es sind auch Kraftmagnetsysteme für mechanische Betätigungen bekannt, in deren Magnetkreisen zusätzlich Dauermagnete angeordnet sind. Bei diesen bekannten Systemen dienen die Dauermagnete entweder zur Unterstützung der Wirkung der elektrischen Spulen, zur Steigerung der Empfindlichkeit, zum Festhalten des Ankers in den Endlagen oder zur Umkehrung der Wirkungsrichtung nach zwei Endlagen. In allen erwähnten Fällen wird die Wirkung der elektrischen Spulen üblicher Baugröße von den Dauermagneten nur unterstützt, und es bestehen zwei Arbeitsluftspalte, wobei die elektromagnetischen und die dauermagnetischen Kräfte sich in einem Luftspalt addieren, im anderen sich gegenseitig aufheben.

Durch die USA.-Patentschrift 2 915 681 ist ein Magnetsystem mit einer Spule und einem Dauermagneten für mechanische Betätigungen bekannt, bei ^; dem die gesamte zur Bewegung des Ankers erforderliche Kraft aus der Energie des dauermagnetischen Feldes gewonnen und in einem einzigen magnetisehen Kreis über einen einzigen Arbeitsluftspalt ausgeübt wird. Bei nicht erregter Spule wird der Anker durch die Kraft des starken Dauermagneten gegen die Kraft der Rückstellfeder angezogen und gehalten. Bei erregter Spule wird das Feld des Dauermagneten im

ίο Arbeitsluftspalt so weit geschwächt, daß der Anker durch die Kraft der Rückstellfeder abfällt. Sobald die Erregung der Spule aufgehoben wird, wird der Anker durch den Dauermagneten wieder angezogen. Bei einer solchen Anordnung wird also die eine Schaltstellung des Ankers nur durch die Erregung der Spule aufrechterhalten. Dies ist für viele Anwendungsfälle unerwünscht, da hierbei der obenerwähnte Nachteil einer elektrischen Dauererregung ebenfalls auftritt.

Durch das deutsche Gebrauchsmuster 1 823 772 ist weiterhin ein elektrisch geschalteter Gleichstrommagnet bekannt, der einen Dauermagnetkörper mit verhältnismäßig kleiner Koerzitivkraft aufweist, der durch eine entsprechend gerichtete Erregung der Spule aufmagnetisiert wird, so daß der Anker nach dem Abschalten der Spule haftenbleibt, während er durch eine gegensinnige Erregung der Spule entmagnetisiert wird, so daß der Anker abfällt. Bei dieser Anordnung dient der Dauermagnetkörper lediglich zum Festhalten des Ankers in der einen Endlage.

Durch die britische Patentschrift 621 011 ist ferner ein Magnetsystem bekannt, das einen Dauermagnetkörper aufweist, dessen Fluß durch die impulsmäßige Erregung einer Spule so abgelenkt wird, daß er verstärkt auf den Anker wirkt und dieser zum Anziehen gebracht wird. Bei einer gegensinnigen Erregung der Spule wird der Fluß des Dauermagneten nach der dem Anker abgewandten Seite abgelenkt, so daß der Anker unter der Kraft einer Rückstellfeder abfällt. Bei dieser Anordnung kann die impulsmäßige Erregung der Spule auch kürzer als die Ankerumschlagzeit sein, sie muß jedoch so lange andauern, bis der Anker seine unstabile Mittelstellung durchlaufen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den räumlich großen Gleichstromhubmagneten mit meist elektrischer Dauererregung und hohen Wärmeverlusten während des Betriebes durch ein System kleinerer Baugröße mit Dauermagneten zu ersetzen. Dies wird bei einem Magnetsystem mit Anker, Spule und Dauermagneten der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß zur Erzeugung des dauermagnetischen Feldes zwei Dauermagnetkörper mit unterschiedlichem Dauermagnetverhalten vorgesehen sind, die entweder in Parallel- oder in Serienschaltung angeordnet sind, wobei der eine Dauermagnetkörper eine große Koerzitivkraft aufweist und der andere Dauermagnetkörper mit verhältnismäßig kleiner Koerzitivkraft durch Erregung der Spule mit im Vergleich zur Ankerumschlagszeit sehr kurzen Stromimpulsen umpolbar ist.

Die Koerzitivkraft des einen Werkstoffes ist hierbei so groß, daß er auch während der Betriebserregung sowie bei der durch das Abfallen und Anziehen des Ankers sich jeweils einstellenden Scherung des Hubmagnetkreises stabil bleibt, d. h. immer auf dem gleichen geraden Ast seiner Magnetisierungskurve arbeitet. Die Koerzitivkraft des zweiten Werkstoffes ist so gewählt, daß die Betriebserregung diesen Teil sicher

ummagnetisiert. Bei gleichgerichteter Polung wird das Anziehen durch die dauermagnetischen Kräfte bewirkt, bei entgegengesetzter Polung wird das Abfallen für die Belastung (Ankergewicht, Last, Rückholfeder usw.) ohne den Nachteil einer Klebekraft freigegeben.

Gemäß einer Ausbildung nach der Erfindung enthält der Mantel eines Topfmagneten sowohl den stabilen wie den umsteuerbaren Dauermagnetkörper.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung bilden der Mantel den stabilen und der Anker den umsteuerbaren Dauermagnetkörper bei einem Topfmagnetsystem.

Das beschriebene Magnetsystem weist verschiedene Vorteile auf. Da in neuartigen Dauermagnetwerkstoffen die magnetische Energie auf kleinerem Raum zu konzentrieren ist als in weichmagnetischen Spulen, wird die gleiche mechanische Arbeit mit einem wesentlich kleineren System erreicht. Die Spule kann für sehr kurze elektrische Impulse bemessen sein (z. B. Kondensatorentladung), d. h. sie kann auf einen minimalen Raum beschränkt werden. Dies führt zu einer weiteren Verkleinerung des beschriebenen Magnetsystems. Durch einen sehr kurzen Impuls mit kleiner Zeitkonstante und hoher Leistung kann die Ummagnetisierung schon bewirkt sein, bevor der mit einer tragen Last behaftete Anker sich bewegt, da die Anzugskraft nur aus der Dauermagnetenergie gewonnen wird. Genauso schnell kann durch die Ummagnetisierung das Abfallen eingeleitet werden. Zusammengefaßt ergeben sich durch die beschriebene Anordnung eine wesentliche Verkleinerung des Systems bei vorgegebener mechanischer Arbeit, kürzeste elektrische Steuerimpulse in einer kleineren Spule und ein sehr zuverlässiges Schaltverhalten.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschrieben, in denen

F i g. 1 die schematische Anordnung eines Topfmagnetsystems,

Fig. 2 eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1, jedoch in flacher Bauweise und

F i g. 3 eine weitere Anordnung mit anders ausgebildetem dauermagnetischem Abschnitt zeigt.

In F i g. 1 sind zwei Dauermagnetkörper 1 und 2 dargestellt, die, bezogen auf den Arbeitsluftspalt 7, parallel geschaltet sind. Beide sind als Hohlzylinder ausgebildet, und der eine Hohlzylinder liegt innerhalb des anderen Hohlzylinders. Der magnetisch härtere Dauermagnetkörper ist mit 1 und der umsteuerbare Dauermagnetkörper mit 2 bezeichnet. Der weichmagnetische Anker 3 und die weichmagnetischen Flußführungsteile 4 und 5 vervollständigen den magnetischen Kreis. Mit 6 ist die Spule bezeichnet. Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung ist bei länglicher Ausbildung des Magnetsystems unter Verwendung von Dauermagneten zweckmäßig, die ihrem Werkstoff gemäß in schlanker Form optimal dimensioniert sind, wie z. B. Al-Ni-Magnete.

In der abgefallenen Stellung des Ankers 3, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, sind die beiden Dauermagnetkörper 1 und 2 gegensinnig magnetisiert. Zum Anziehen des Ankers 3 wird die Spule 6 kurzzeitig in einer Richtung erregt, die den Dauermagnetkörper 2 umpolt. Nun sind beide Dauermagnetkörper 1 und 2 gleichsinnig magnetisiert, so daß der Anker 3 durch die dauermagnetischen Kräfte beider Dauermagnetkörper 1 und 2 angezogen wird. Wird die Spule 6 darauf kurzzeitig in der anderen Richtung erregt, wird der Dauermagnetkörper 2 wieder umgepolt, so daß die Dauermagnetkörper 1 und 2 gegensinnig magnetisiert sind. Dadurch wird der Anker 3 freigegeben und fällt ab, Die Koerzitivkraft des Dauermagnetkörpers 1 ist hierbei so groß, daß er auch während der Betriebserregung sowie bei der durch das Abfallen und Anziehen des Ankers sich jeweils einstellenden Scherung des Magnetkreises stabil bleibt, d. h. auf dem gleichen geraden Ast seiner Magnetisierungskurve arbeitet.

Die Koerzitivkraft des anderen Dauermagnetkörpers 2 ist so gewählt, daß die Betriebserregung ihn sicher ummagnetisiert. Diese Betriebserregung kann so kurz sein, daß der elektrische Vorgang bereits abgeschlossen ist, ehe die Dauermagnetkörper allein aus ihrer Energie den Anker beschleunigen und bis zu einer neuen stabilen Stellung des Ankers Arbeit leisten.

In F i g. 2 sind die Dauermagnetkörper 1 und 2 in bezug auf den Arbeitsluftspalt 7 in Reihe geschaltet. Die übrigen Teile dieses Kreises sind wie in F i g. 1 bezeichnet. Eine solche Anordnung läßt sich z. B. durch eine Paarung von isotropem Bariumferrit mit Kobaltferritmagneten bauen. Die Dauermagnetkörper 1 und 2 bestehen dabei aus ringförmigen, flachen Scheiben.

In F i g. 3 sind die Dauermagnetkörper auf Mantel und Anker verteilt. Der stabile Mantel 8 und der umsteuerbare, dauermagnetische Anker 9 wirken in Reihe auf den Arbeitsluftspalt 12. Die weichmagnetischen Flußführungsteile 10 und 11 ergänzen den magnetischen Kreis. Die Spule ist mit 13 bezeichnet. Die Anordnung nach F i g. 3 läßt sich in länglicher Bauform mit dem bei Fig. 1 angeführten Werkstoffbeispiel und in flacher Bauform mit dem bei F i g. 2 angeführten Werkstoffbeispiel herstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Magnetsystem mit Anker, Spule und Dauermagneten für mechanische Betätigungen, bei dem die gesamte zur Bewegung des Ankers erforderliche magnetische Kraft aus der Energie des dauermagnetischen Feldes gewonnen und in einem einzigen magnetischen Kreis über einen einzigen Arbeitsluftspalt auf den Anker ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des dauermagnetischen Feldes zwei Dauermagnetkörper (1 und 2 bzw. 8 und 9) mit unterschiedlichem Dauermagnetverhalten vorgesehen sind, die entweder in Parallel- oder in Serienschaltung angeordnet sind, wobei der eine Dauermagnetkörper (1 bzw. 8) eine große Koerzitivkraft aufweist und der andere Dauermagnetkörper (2 bzw. 9) mit verhältnismäßig kleiner Koerzitivkraft durch Erregung der Spufe (6 bzw. 13) mit im Vergleich zur Ankerumschlagzeit sehr kurzen Stromimpulsen umpolbar ist.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel eines Topfmagneten sowohl den stabilen wie den umsteuerbaren Dauermagnetkörper enthält.

3. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Topfmagnetsystem der Mantel den stabilen und der Anker den umsteuerbaren Dauermagnetkörper bilden.