DE2351095A1

DE2351095A1 - Elektromagnetische vorrichtung zur erzeugung einer kraft

Info

Publication number: DE2351095A1
Application number: DE19732351095
Authority: DE
Inventors: Ronald Alfred Heath; Alan Thomas
Original assignee: Lucas Aerospace Ltd
Current assignee: Northrop Grumman Properties Ltd
Priority date: 1972-10-12
Filing date: 1973-10-11
Publication date: 1974-04-18
Also published as: GB1453823A; JPS4995669A; FR2203146B1; FR2203146A1; IT994395B

Description

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirlsch.-Ing. A. GERBER

LUCAS AEROSPACE LIMITED 10. Oktober 1973

Well Street
Birmingham / England

Elektromagnetische Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraft

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraft, bestehend aus einem Kern mit einem ringförmigen Spalt, einer Wicklung auf dem Kern zur Erzeugung eines im wesentlichen radialen Magnetfeldes in dem Spalt und einem ringförmigen Anker, der durch das Magnetfeld in den Spalt gezogen wird.

Eine derartige Vorrichtung erzeugt.eine Zugkraft nach der Gleichung

worin P die Kraft,

K eine Konstante,

AW die Anzahl der auf den Spalt wirkenden Amperewicklungen, d der mittlere Durchmesser des Spaltes und s die Differenz zwischen der radialen Breite des Spaltes und der radialen Breite des Ankers sind.

Wenn, wie es herkömmlicherweise der Fall ist, Kern und Anker aus dem gleichen Werkstoff gefertigt sind, ist die Zugkraft von der Temperatur unabhängig. Es gibt jedoch Anwendungen, bei

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denen die von der elektromagnetischen Vorrichtung erzeugte Kraft sich mit der Temperatur ändern soll, beispielsweise in einem Kraftvergleichs-Druckwandler für Gase und Flüssigkeiten, bei dem der Druck auf einen Balg wirkt, der einer Wärmeausdehnung unterworfen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Kraft sich mit der Temperatur ändert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer elektromagnetischen Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß Anker und Kern aus verschiedenen magnetischen Werkstoffen mit verschiedenen Wärmeausdehnungsbeiwerten hergestellt sind.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer elektromagnetischen Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem Druckwandler für Gase und Flüssigkeiten, der einer Wärmeausdehnung unterworfen ist und eine Kraft erzeugt, die proportional dem einwirkenden Druck und der von dem Druck beaufschlagten Fläche ist, wobei die elektromagnetische Krpfterz.eugungsvorrichtung und die Druckmeßeinrichtung so angeordnet sind, daß ihre Kräfte in entgegengesetzter Richtung auf einen Lagefühler wirken, und wobei eine Regelschaltung den der elektromagnetischen Vorrichtung zugeführten Strom entsprechend der Stellung des Lagefühlers regelt.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine beispielhafte Ausführung einer elektromagnetischen Krafterzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung? und

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Fig. 2 eine schematjsche Darstellung eines elektromagnetischen Druckwandlers, der die Vorrichtung von Fig. 1 enthält.

In Fig. 1 ist eine elektromagnetische Krafterzeugungsvorrichtung dargestellt, die aus einem Kern 10 mit einem ringförmigen Spalt 11 besteht. Der Kern ist ganz aus einem 40 Nickeleisen mit einem Wärmeausdehnungsbeiwert in der Größenordnung von 8 χ 10"^J K~ geformt. Auf dem Kern 10 ist eine Wicklung 12 vorgesehen, die beim Betrieb der Vorrichtung in dem Spalt 11 ein radiales Magnetfeld erzeugt. Tatsächlich besteht die Wicklung 12, wie weiter unten erläutert wird, aus zwei Wicklungen.

Die Vorrichtung enthält ferner einen Anker 15 in Form eines Weicheisenringes mit einem Wärmeausdehnungsbeiwert in der Größenordnung von 12 χ 10" K . Da der Ankerwerkstoff einen höheren Wärmeausdehnungsbeiwert als der Kerrwerkstoff hat, ändert sich bei einer Temperaturänderung die radiale Breite des Ankers stärker als die radiale Breite des Spaltes, so daß bei einer Temperaturerhöhung die Differenz zwischen diesen Breiten ab- und das Verhältnis d/s zunimmt. Bei einer Temperaturerhöhung wird daher eine größere Kraft erzeugt. Die Geschwindigkeit der Krafterhöhung hängt von der ursprünglichen Größe des Spaltes und des Ankers ab, und diese können so gewählt werden, daß praktisch jede gewünschte Geschwindigkeit erzielt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckwandlers für Gase und Flüssigkeiten, bei dem zwei Vorrichtungen der in Fig. 1 dargestellten Art verwendet werden. Die Anker 21a, 22a der beiden Vorrichtungen 20, 21 sind an einem Hebel 22 befestigt und wirken in entgegengesetzter Richtung auf diesen Hebel. Eine Spule einer jeden Wicklung wird von einen konstanten

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Polarisierungsstrom durchflossen, so daß auf die Anker 21a, 22a gleiche, entgegengesetzt gerichtete Kräfte ausgeübt werden. Die anderen Spulen sind in Reihe, aber in umgekehrtem Sinne geschaltet, so daß ein durch diese Spulen fließender Strom die auf den einen Anker wirkende Zugkraft verstärkt und die auf den anderen Anker wirkende Zugkraft schwächt.

Die auf den Hebel 22 wirkende Nettokraft dient zum Ausgleich einer Kraft, die von einem biegsamen, elastischen, evakuierten Blag 2y, auf den von außen der zu messende Druck wirkt, auf den Hebel ausübt. Da der Balg einer Wärmeausdehnung unterworfen ist, vergrößert sich die vom Druck beaufschlagte Fläche mit der Temperatur, so daß die bei einem gegebenen Druck4uf den Hebel 22 ausgeübte Kraft mit der Temperatur zunimmt. Da der den Vorrichtungen 20, 21 zugeführte Strom in einem linearen Verhältnis zum Druck stehen soll, ist ersichtlich, daß durch geeignete Wahl der Abmessungen des Spaltes und der Anker der Vorrichtungen 20, 21 die Temperaturkoeffizienten der beiden auf den Hebel wirkenden Kräfte in einem weiten Temperaturbereich aneinander angepaßt werden.

Die Lage des Hebels 22 wird von einem kapazitiven Lagefühler 24 festgestellt, der ein elektrisches Steuersignal an eine Re ge lungsse ha.lt ung 25 sendet, die den Stromdurchfluß durch die Vorrichtungen 20, 21 regelt. Einzelheiten der Regelungsschaltung und der Vorrichtung 24 können der britischen Patentanmeldung Nr. 36 460/72 und 36 461/72 entnommen werden.

Bei anderen Anwendungen kann es wünschenswert sein, daß die elektromagnetische Krafterzeugungsvorrichtung einen negativen Temperaturkoeffizient hat, d.h. die erzeugte Kraft mit steigender Temperatur abnimmt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Anker aus 40 - 50#igem Nickeleisen und der Kern aus Weicheisen hergestellt werden.

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S 10.10.1973

/ 1JElektromagnetische Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraft, bestehend aus einem Kern mit einem ringförmigen Spalt, einer Wicklung auf dem Kern zur Erzeugung eines im wesentlichen radialen Magnetfeldes in dem Spalt und einem ringförmigen Anker, der durch das Magnetfeld in den Spalt gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (13; 21a, 22a) und der Kern (10) aus verschiedenen magnetischen Werkstoffen mit verschiedenen Wärmeausdehnungsbeiwerten hergestellt sind.
2. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) aus 40 - 50;^igem Nickeleisen mit einem Wärmeausdehnungsbeiwert von etwa

8 χ 10 K"¹ und der Anker (13; 21a, 22a) aus Weicheisen mit einem Wärmeausdehnungsbeiwert von etwa 12 χ 10" K" besteht.
3. Verwendung der elektromagnetischen Vorrichtung nach Anspruch 1 in einem Kraftvergleichs-Druckwandler für Gase und Flüssigkeiten mit einem druckbeaufschlagten, biegsamen Balg (23), der auf einen Hebel (22) wirkt und einer Wärmeausdehnung unterworfen ist, wobei die elektromagnetische Vorrichtung ebenfalls auf den Hebel wirkt und Einrichtungen (24, 25) zur Regelung des der elektromagnetischen Vorrichtung zugeführten Stromes in Abhängigkeit von der Lage des Hebels zum Ausgleich der auf den Hebel wirkenden Kräfte vorgesehen sind.

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