DE2250889C2 - Elektromagnetischer Vibrator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Vibrator mit zwei mittels einer federnden Einrichtung gekoppelten Schwingungsteilen, für deren elektromagnetische Anregung zwei Magnetkerne mit zwei Wicklungen vorgesehen sind, von denen die erste Wicklung an e'ne Wechselstromquelle angeschlossen ist und wenigstens in einer Halbwe"e Strom führt.

Ein bekannter elektromagnetischer Vibrator der vorstehend genannten Ari (DEPS 8 83 173) enthält zwei einander gegenübergestellte Elektromagnete, die durch je eine Halbwelle eines im wesentlichen sinusförmigen Wechselstromes gespeist werden. In der einen Halbwelle erzeugt der eine Magnet eine Antriebskraft in der einen Richtung, während in der anderen Halbwelle der andere Magnet die Antriebskraft für das System in der entgegengesetzten Richtung hervorruft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Vibrator der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß eine verbesserte Energieübertragung vom elektrischen System auf das Vibrationssystem erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein gleichrichtendes Element zur zweiten Wicklung parallelgeschaltet und für einen durch die erste Wicklung in der zweiten Wicklung induzierten Strom leitend gepolt ist.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines elektromagnetischen Vibrators;

Fig.2 eine Schemadarstellung der beiden Magnetkerne;

F i g. 3 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung;

F i g. 4 und 5 Schaltbilder zweier weiterer Ausführungen;

F i g. 6 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der vom Vibrator erzeugten mechanischen Kraft und der Magnetflußdichte in den Luftspalten zeigt;

F i g, 7 eine Schemadarstellung eines Ausführungsbeispieles, das in zwei Richtungen arbeitet;
F i g. 8 ein Schaltbild einer weiteren Ausführung.
Wie Fig.¹, zeigt, ist ein Aufgabebehälter 1 an Federn 2 aufgehängt und wird von einem elektromagnetischen Vibrator 3 angetrieben.

Dieser elektromagnetische Vibrator 3 enthält einen ersten U-förmigen, geschichteten Magnetkern 4, der am Aufgabebehälter 1 befestigt ist, ferner einen zweiten Magnetkern 5, der an einem Erregergewicht 6 befestigt ist, das mit dem Aufgabebehälter 1 über Kopplungsfedern 7 verbunden ist Die Federkonstante der Kopplungsfedern 7 ist so gewählt, daß das •Schwingungssystem (bestehend aus dem Aufgabebehälter 1 als der einen Masse, dem Erregergewicht 6 als der anderen Masse und den Federn) bei einer Frequenz in Resonanz, die etwas höher als die Betriebsfrequenz ist.

Die Magnetkerne 4 und 5 tragen Wicklungen 8 bzw. 9. Sie sind vorzugsweise so angeordnet, daß sich die eine Wicklung auf den einen Kern und die andere Wicklung auf dem anderen Kern befindet Es ist jedoch auch eine Anordnung möglich, bei der beide Wicklungen auf demselben Kern vorgesehen sind. Gemäß F i g. 2 ist die Wicklung 8 in zwei Wicklungsteile unterteilt, von denen je einer auf den beiden Schenkeln des U-förmigen Magnetkernes 4 vorgesehen ist. In entsprechender Weise ist die Wicklung 9 unterteilt und auf dem Magnetkern 5 angeordnet. Die Wicklungen werden nun so erregt daß sie einerseits einen magnetischen Gleichstromfluß und andererseits einen überlagerten Wechselstromfl'jß erzeugen, so daß der Gesamtfluß zwischen einem Minimum und einem nahe der Sättigung der Magnetkerne liegenden Maximum schwankt.

Bei der in Fig.3 veranschaulichten Schaltung fließt Strom von einem Netzanschluß L 1 über die Wicklung 8 (Wicklungsenden Ti, T2). Vom Wicklungsende T2 der Wicklung 8 fließt der Strom über eine Vollweg-Gleichrichterbrücke, die aus Dioder, D\, D2, D3 und D4 besteht, sowie über die Wicklung 3 zum Netzanschluß L 2. Dadurch fließt der von der Wechselstromquelle (Netzanschluß L 1, L 2) gelieferte Strom ohne Gleichrichtung durch die Wicklung 8 und nach Gleichrichtung durch die Wicklung 9. Wenn man zunächst die zwischen den Wicklungen 8 und 9 vorhandene Gegeninduktivität vernachlässigt und gleiche Windungszahl beider Wicklungen unterstellt, so schwankt die gesamte magnetomotorische Kraft zwischen Null (wenn die Ströme in den Wicklungen einander entgegengesetzt sind) und einem Maximum (wenn die Wicklungen einander unterstützen).

Tatsächlich ist nun jedoch auch die Gegeninduktivität

zu berücksichtigen, da der Fluß jeder Wicklung auch die andere Wicklung durchsetzt und hier eine Induktion hervorruft. Dadurch wird in jeder Wicklung eine Spannung erzeugt, die von der Geschwindigkeit der Stromänderung in der anderen Wicklung abhängt. Wird eine Wicklung kurzgeschlossen, so fließt in der Wicklung ein Strom, der sich jeder Änderung des Flusses durch die Wicklung widersetzt. Die Diodenbrükke wirkt nun in diesem Sinne - abgesehen von ihrer Wirkung als Gleichrichter für den Netzstrom — auch als Schalter, der die Wicklung 9 während der einen Halbwelle des induzierten Stromes kurzschließt und sie während der anderen Halbwelle öffnet.

Dadurch kann sich der Fluß in der Wicklung 9 in der einen Richtung schnell ändern, in der entgegengesetzten Richtung (nämlich bei kurzgeschlossener Wicklung)

jedoch nur langsam. Infolgedessen fließt in der Wicklung 9 zusätzlich zum gleichgerichteten Netzstrom noch ein durch Induktionswirkung hervorgerufener Gleichstrom, Ähnlich wie bei einem Spartransformator ist daher hier die Stromkomponente des induzierten Stromflusses in der Wicklung 9 wesentlich größer als die Stromkomponente in der Wicklung 8. Durch diese wesentliche Erhöhung der Gleichstromkomponente und des sich ergebenden Magnetflusses wird die Wirksamkeit des elektromagnetischen Antriebssystemes erheblich verbessert.

Es wurde ferner empirisch festgestellt, daß sich durch Weglassen einer der Dioden der Gleichrichterbrücke eine weitere Erhöhung der Antriebsleistung ergibt. Läßt man die Diode D 2 der Schaltung gemäß F i g. 3 weg, so ergibt sich die Schaltung gemäß Fig.4. In dieser Schaltung führt die Wicklung 8 einen Halbwellenstrom. Dadurch ergibt sich — unter Berücksichtigung des von der Wicklung 9 erzeugten Magnetflusses — zwar eine geringere Flußänderung, jedoch ein größerer Gesamtfluß und damit eine erhöhte Leistung des elektromagnetischen Vibrators.

Wird ferner die Gleichrichterbrücke ganz weggelassen, die Wicklung 8 direkt mit dem Netzanschluß verbunden und zur Wicklung 9 die Diode D 5 parallelgeschaltet, so ergibt sich die Schaltung gemäß Fig.5. Die prinzipielle Funktion dieser Schaltung entspricht im wesentlichen der der Schaltungen gemäß den F i g. 3 und 4.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäC erzielten Leistungserhöhung sei auf F i g. 6 Bezug genommen. Die Leistung, die von einem elektromagnetischen Vibrator abgegeben wird, hängt von der Differenz der Kräfte ab, die von den Magnetkernen ausgeübt werden, wenn sich der Luftspalt schließt und wenn sich der Spalt öffnet. Beim Schließen des Luftspaltes wird vom elektrischen System Energie an das Schwingungssystem abgegeben; beim Öffnen des Luftspaltes kehrt die Energie vom mechanischen System zum elektrischen System zurück. Der resultierende Energiefluß pro Periode ist daher proportional der beim Schließen und öffnen des Luftspaltes ausgeübten Kraft. Nun ändert sich weiterhin die in einem Magnetspalt ausgeübte Ki aft mit dem Quadrat der Flußdichte (F i g. 6). Man erkennt aus dieser Darstellung, daß für eine vorgegebene Änderung der Flußdichte die hierdurch erzielte Kraftänderung um so größer ist, je höher der Arbeitspunkt auf dieser Kurve Hegt (je höher also dsr Mittelwert ist, um den die Flußdichte schwankt). Durch die Erfindung wird nun eine Verschiebung des Arbeitspunktes in den obsren Teil dieser Kurve und damit eine Erhöhung der Leistung des Vibrators erreicht.

Bei dem in Fig,7 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt ein U-förmiger Magnetkern 11 mit einem T-förmigen Magnetkern 12 zusammen, der Wicklungen 13, 14 und 15 trägt Der mittlere Steg des T-förmigen Kernes 12 liegt nahe der Mitte des U-förmigen Kernes 11. Der T-förmige Querbalken des Kernes 12 verläuft zwischen den Enden der Schenkel des Kernes 11 und ist von diesen durch Luftspalte getrennt. Die Schwingbewegung erfolgt in Richtung des Querbalkens des T-förmigen Kernes 12.

Die Wicklung 13 wird mit Gleichstrom erregt Der hierdurch erzeugte magnetische Gleichstromfluß teilt sich auf die beiden Hälften des Querbalkens des T-förmigen Magnetkernes 12 auf, durchsetzt die beiden Luftspaite an den Enden dieses Querbalkens und kenn über den Magnetkern 11 in den t.-.agnetkern 12 zurück. Die Wechseiflußkomponente wird von dem Stromfluß in den Wicklungen 14 und 15 hervorgerufen. Beide Wicklungen erzeugen somit einen Wechselfluß in gleicher Richtung längs des Querbalkens des T-förmigen fernes 12. Die Wicklungen 14 und 15 entsprechen damit der Wicklung 8 gemäß Fig.3, während die Wicklung 13 über einen Gleichrichter in derselben Weise wie die Wicklung 9 (F i g. 3) versorgt wird.

In dem einen Luftspalt addiert sich jeweils die Wechselkomponente des Flusses zur Gleichstromkomponente, während sie sich im Bereich des anderen Luftspaltes subtrahiert Dadurch wird die Flußdichte in dem einen Spalt erhöht im anderen gleichzeitig

verringert

Fig.8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Leistung des elektromagnetischen Vibrators gesteuert werden kann. Die in Reihe zu der einen Wicklung liegende Diode ist hier durch einen siliziumgesteuerten

Gleichrichter 20 ersetzt dem eine Zündsteuerung 21 zugeordnet ist Hierdurch kann die stromleitende Phase beliebig eingestellt werden. Die Schaltung kann mit halber Netzfrequenz betrieben werden, indem das Schwingungssystem auf eine Resonanzfrequenz abge-

stimmt wird, die etwas größer als die halb? Netzfrequenz ist, wobei dem Gleichrichter 20 jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Zündimpuls zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Vibrator mit zwei mittels einer federnden Einrichtung gekoppelten Schwingungsteilen, förderen elektromagnetische Anregung zwei Magnetkerne mit zwei Wicklungen vorgesehen sind, von denen die erste Wicklung an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist und wenigstens in einer Halbwelle Strom führt, dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichrichtendes Element (z. B. D 5) zur zweiten Wicklung (9) parallelgeschaltet und für einen durch die erste Wicklung (8) in der zweiten Wicklung (9) induzierten Strom leitend gepolt ist.

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (9) über wenigstens ein weiteres gleichrichtendes Element (z. B. D1) in Reihe zur ersten Wicklung (9) an die Wechselstromquelle (L 1, L 2) angeschlossen ist

3. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen (8, 9) nur induktiv miteinander gekoppelt sind.