DE2103802C3 - Elektrodynamischer Motor mit einer Spule und einem Magnetsystem, die gegeneinander beweglich angeordnet sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrodynamische Motoren für die Anwendung auf dem Gebiet der Zeilmeßtechnik, bei denen eine Spule und ein Magnetsystem, das mindestens einen Permanentmagneten aufweist, gegeneinander beweglich angeordnet sind und die Kraftlinien des Permanentmagneten im freien Feld Windungen der Spule etwa senkrecht zur Richtung der Beweglichkeit schneiden. Solche Motoren sind beispielsweise in der deutschen üffenlegungsschrift 882, der deutsehen Offenlegungsschrift 907 und der schweizerischen Patentschrift 448904 beschrieben.

Es ist bekannt, daß die in derartigen Motoren auftretenden Kräfte und Drehmomente nicht allein vorder elektrischen Durchflutung der Spulen, sondern auch von der magnetischen Feldstärke der Permanentmagneten bzw. von der magnetischen Induktion in den elektromotorisch wirksamen Bereichen der Spulen abhängen. In der Zeitmeßtechnik sollen solche Elektromotoren üblicherweise bei geringem Energie-Umsatz, bzw. bei geringer Leistung, verhältnismäßig große Kräfte erzeugen.

Will man dies erreichen, muil man sowohl der Konstruktion der Spule als auch dem Magnetsystem eines wichen elektrodynamischen Motors fur die Anwendung auf dem Gebiet der Zeitmeßtechnik sem hesonderes Augenmerk zuwenden. Das Magnetsystem so!! die Windungen der Spule möglichst vollständig und möglichst eng umschließen, damit der elektromotorischwirksame Bereich der Spule und die magnetische Induktion in diesem Bereich möglichst groß s.nd.

to Diese Bedingung erfordert eine möglichst genaue Anpassung des magnetischen Materials an die Form der Spule Leider widersetzen sich gerade magnetische Materialien hoher Koerzitivkraft einer besonderen Formgebung, so daß das Anpassen des Magnetsystems

andicFormderSpulejedonfallsbishersehraufwenclig und teuer war. Zwar haben sich für extreme Bedm-

- Bimsen die in der Zeitmeßtechnik praktisch immer vorliegen, bestimmte Platin-Koball-Legierungen als besonders vorteilhaft erwiesen. Magnetische Maieii.ilien dieser Art sind an sah schon sehr teuer und eine

spanabhebende Formgebung in großem L'mfana

kommt aus wirtschaftlichen Gründen kaum in Frage.

Das Neueste auf dem Gebiet der Magnetenm.ite

rialien ist aber eine Zusammensetzung aus Elemenk ι

a₅ der Gruppe der seltenen Erden und aus Kobalt: so ist ζ B aus eier »Elektrotechnische Zeitschrift«. Aus gäbe A. 90. ihrg. (1969), H. 18, Seilen 431 bis 4.V. bekannt, daß die Legierung aus einem Mol-1 eil Samarium und fünf Mol-Teilen Kobalt zu Permanentmagneten besonders hoher Energie unii Koerzitivkraft fühl t. Außerdem ist diese legierung wegen ihres gunstigen Preises (siehe »Elektrotechnische Zeitschriti. Ausgabe B, Bd. 21 (1«W>9), H. 9. S. 224) fur industrielle Anwendungen besonders geeignet.

Gegen die Anwendung dieser Materialien aber bestanden bedeutende Bedenken, da sie praktisch überhaupt nicht bearbeilbar sind, weil sie so hart und so spröde sind, daß jede spanabhebende Bearbeitung praktisch ausgeschlossen ist. Die Sprödigkeit ist so

ausgeprägt, daß mm geformte Magnete zwischen den Fingern zerreiben kann.

Bisher war die Spule des elektrodynamischen Motors für die Zeitmeßtechnik Gegenstand höchster Verfeinerung, die allerdings in der Produktion sehr teuer ist. Die Materialkosten für gute elektrische Leiter und gute elekttische Isolation fallen zwar im gegebenen Anwendungsbereich wirtschaftlich nicht ins Gewicht. Mit der Feinheit der Spulendrähte steigen aber die Produktionsschwierigkeiten und die Kosten ganz erheblich. Auch mit Bezug darauf sind dem Konstrukteur insbesondere fur Kleinuhren technische und ökonomische Grenzen gesetzt.

In Erkenntnis der beschriebenen Sachlage liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrodynamischen Motor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der bei verhältnismäßig geringem Energieumsatz mit hohem Wirkungsgrad eine verhältnismäßig große Kraft erzeugt und mit einfachen Mitteln billig herzustellen ist. Erfindungsgemäß liegt die Lösung der genannten Aufgabe in der Kombination der folgenden Markmalc:

a) das Magnetsystem weist mindestens eine geschlossene Gruppe von pastillenförmigen Flachmagneten auf, die längs einer Spulenseite neben-

6_S einander angeordnet sind und mit gleich

gerichteter Polarität zueinander parallel im magnetischen Pfad liegen und gemeinsam einen Pol des Permanentmagnetes bilden.

einseitig eingespannten Schwingarms 3

b) die Rachmagnete sind aus Elementen der Ende eines Gruppe der seltenen Erden und aus Koball zusammengesetzt.

Eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Konstruktion isl dadurch gekennzeichnet, daß das Ma- {•netsystem aus einem im Querschnitt U-förmigen Magnetjoch aus ferro-magnctischem Material besteht, an dessen einer der beiden zueinander etwa parallelen Innenflächen die Fiachmagnete sind und daß das Magnetjoch die Spule umgreift. Diese Formgebung des Magnetsystems ist an sich aus der deutschen Offenlcgungssvhrift 1 523907 bereits bekannt. Vorzugsweise sind die Flachmagnete aus Samarium

und Kobalt zusammengesetzt. Günstig ist dabei die - . _ Maonetioch um

Zusammensetzung aus einem Mol-Teil Samarium und 15 Magnet Jochs angeordnet sind ^ua* ^8·» J fünf Moi-Teilen Kobalt. greift einseitig die Windungen der Wicklung 4, äic im

Diese Materialien sind magnetisch wesentlich star- Bereich der Flachmagneten etwa senkrecht von aen kcr als alle diejenigen, die bisher für elektrodynami- Feldlinien der Flachmagnete £^esch™«™.™™: ... sehe Motoren anwendet wurden. Allerdings sind s.,· Das Magnetjoch 7 besteht aus verhalt msmaß gh,!

auch so hart und spröde, daß man sie einer besonderen *> ligcm, ferro-magnetischem Material, von der*, lea.g-

lich hohe Permeabilität bei hoher ^mag^neV^sc _o „.._.,

Die Spule 1 ist im wesentlichen aus Windungen einer Drahlwicklung4 und einem Spulenkörper 5 zusammengesetzt, der die Wicklung tragt. Ι™ Spulenkörper 5 können sich die Einzelteile einer elektrischen Schaltung befinden, die zusammen mit der Spule dem Magnetsystem und dem Schwingarm einen elektromechanischen Oszillator bilden

Das Magnetsystem 2 besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt U-förmigen Magnetjoch 7 und drei kreiszylindrischen, pillenformigen Flachma-

aus gneten 8, 9 und 10, die an einer Innenfläche Λ von

„>i aneinander etwa parallelen Innenflachen des wei zueinanuci ti»»«» y

Formgebung, beispielsweise der Anpassung an eine Spulenform, praktisch niehl mehr unterziehen kann. Wenn also beispielsweise die genannte Legierung aus Samarium und Kobalt vom Produzenten in Form kreiszylindrischer Stäbe oder Pillen in den Handel gebracht wird, so kann man daraus praktisch nur noch pillenförmige Flaclnnagnetc herstellen, die natürlich nicht an die Form der Spule eines normalen elektrodynamischen Motors angepaßt sind. Dieser Nai.iteil, duknon verlangt wird. Die drei Flachmagnete 8,9 und 10 bestehen aus einer Samarium-Kobalt-Legierung. bei der das molare Mengenverhältnis zwischen Samarium und Kobalt 1 :5 (Mol-Teile) beträgt. Diese Legierung hat die Eigenschaft sehr hoher Koerzitivkraft und magnetischer Remanenz und bildet sehr bestan digc Dauermagnete. Dementsprechend hoch ist auch die durch die Flachmagnete im elektromotorisch

die durch die Flachmag der wegen des Mangels an Anpassungsfähigkeit des 30 wirksamen Bereich der Wicklung 4 erzeugte, magne-

ncuen Materials entsteht, wird aber auf Grund der ganz erheblichen Steigerung der magnetischen Kraft ausgeglichen und darüber hinaus werden die Grenzen der technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten erheblich erweitert werden.

Bei dem Magnetsystem nach der schweizerischen Patentschrift Nr. 448904 sind stabförmige Magnete vorgesehen, die sich längs eines geraden Teils einer Spule erstrecken. Diese Ausführung hat den zweifachen erheblichen Nachteil, daß rechteckige Magnete länglicher Form, also verhältnismäßig teure Magnete erforderlich sind, und daß die Ausnützung der Felder dieser Magnete gerade Spulenseiten erforderlich sind. Die Herstellung derartiger gerader Spulenseiten ist tische Induktion.

Bisher wurde in entsprechenden elektrodymanischen Motoren die Innenfläche 11 des Magnetjochs 7 vollständig mit einem Magnetharren aus einer Platin-Kobalt-Legierung belegt und so der elektromotorisch

wirksame Bereich der Wicklung 4 möglichst groß gehalten. Auf Grund der Pillenform der Flachmagnete 8 9 und 10 ist zwar der elektromotorisch wirk same Bereich der Wicklung 4 ersichtlich kleiner als 4» im Fall einer totalen Belegung der Innenflache 11. Die besondere Materialauswahl für die Flachmagnete ermöglicht aber eine wesentlich stärkere, magnetische Induktion im verbleibenden, elektromotorisch wirksamen Bereich der Wicklung, so daß der neue Motor

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jedoch sehr schwierig und in der Praxis durfte nahezu 45 hei gleichem Gesamtvolumen wesentlicn starKer ist unvermeidbar sein, daß diese ^gerade« Spulenseile als die bisher bekannten Motoren, in der Mitte breiter isl als an den Enden, was unweigerlich zu einer schlechteren Ausnützung des Magnetfeldes führen wird. Die deuts» hen Offenlegungsschrift

Wenn die Wicklung 4 von elektrischem Strom durchflossen wird, cutsveht zwischen ihr und dem Magnetjoch 7 eine zu den Windungen der Wicklung

1 523 882 zeigt zwar eine günstigere Spulenform, aber 50 senkrechte Kraft. Die Wicklung 4 stützt sich dabei auf

dafür noch ungünstigere Magnetformen. dem Spulenkern 5 ab, der seinerseits über zwei

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Schrauben 13 und 14 auf einer nicht näher bezeichne- Ausführungshoispicls mit Hilfe der Zeichnung näher ten Grundplatte befestigt ist.

erläutert. Es zeigt Abschließend sei ei wähnt, daß der Schwingarm 3

Fig. 1 die Draufsicht auf einen eleklrodynami- 55 zu einem Resonator gehört, der einei. zweiten, dazu

sehen Motor, dessen Magnetsystem am freien Ende ' °"' ~* —*"··*·-♦

des einen Schwingarms eines zweiarmigen, mechanischen Resonators angeordnet ist.

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Motor nach spiegelbildlich angeordneten Schwingarm aufweist. Dieser zweite Schwingarm trägt in bekannter Weise an seinem freien Ende ein dem Magnetsystem 2 vergleichbares Magnetsystem, das den noch freien Teil

Wenn elektrischer

Fig. 1 entlang der strichpunktierten Linie H-II und 60 ücr Wicklung4 umgreifen kann. Wenn e

Fig. 3 die Seitenansicht des Motors nach Fig. 1. Strom die Spule 1 durchfließt, greifen an dem Magnetsystem 2 und dem nicht dargestellten Magnetsystem des zweiten Schwingarms des Resonators entgegengesetzt gerichtete Kräfte an.

Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Motor besteht im wesentlichen aus einer Spule 1 und einem Magnetsystem 2. Das Magnetsystem ist am freien

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrodynamischer Motor für die Anwendung auf dem Gebiet der Zeitmeßtechnik, bei dem eine Spule und ein Magnetsystem, das mindestens einen Permanentmagneten aufweist, gegeneinander beweglich angeordnet sind und die Kraftlinien des Permanentmagneten im freien Feld Windungen der Spule etwa senkrecht zur Richtung der Beweglichkeit schneiden, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) das Magnetsystem (7 bis 10) weist mindestens eine geschlossene Gruppe von pa<üllenförmigen Flachmagncten (8 bis 10) auf, die längs einer Spulenseite nebeneinander angeordnet sind und mil gleich gerichreJer Polarität zueinander parallel im magnetischen Pfad liegen und gemeinsam einen Pol des Permantentmagneten bilden,

b) die Flachmagnete (8 bis 10; sind aus EiIemenlen der Gruppe der seltenen Erden und aus Kobalt zusammengesetzt.

2. Elektrodynamischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachmagnete (8 bis 10) aus Samarium und Kobalt zusammengesetzt sind.

3. Elektrodynamischer Motor . nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachmagnete (8bislO) aus einem Mol-Teil Samarium und fünf Mol-Teilen Kobalt zusammengesetzt sind.

4. Elektrodynamischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem aus einem im Querschnitt U-förmigen Magnetjoch (7) aus ferro-magnetischem Material besteht, an dessen einer der beiden zueinander etwa parallelen Innenflächen die Flachmagnete (8 bis 10) angeordnet sind, und daß das Magnetjoch die Spule (4) umgreift.