DE2544465B2

DE2544465B2 - Ein- und ausschaltbare dauermagnetische Haltevorrichtung fur ferromagnetische Korper

Info

Publication number: DE2544465B2
Application number: DE2544465A
Authority: DE
Inventors: Michele Cardone; Angelo Grandini; Bruno Zaramella
Original assignee: Magneto Tecnica Di Cardone Michele & C Snc Pero Mailand (italien)
Current assignee: Magneto Tecnica Di Cardone Michele & C Snc Pero Mailand (italien)
Priority date: 1974-10-16
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2559649A1; US4090162A; GB1520758A; DE2544465A1; DE7531527U; NL7512125A; NL8203969A; IT1022923B; DE2559649C2; FR2288380A1; FR2288380B1

Description

Die Erfindung betrifft eine ein- und ausschaltbare dauermagnetische Haltevorrichtung für ferromagnetische Körper, mit mindestens zwei in einem zu einer Haltefläche hin offenen Magnetkreis liegenden Dauermagneten, deren Magnetflüsse sich im eingeschalteten Zustand über die Haltefläche unri einen an dieser anliegenden ferromagnetischen Körper schließen, während sie im ausgeschalteten Zustand in einem durch die beiden Dauermagnete und die anliegenden Polstücke gebildeten geschlossenen magnetischen Kreis verlaufen, wobei zum Umschalten die Magnetisierungsrichtung des einen Dauermagneten jeweils mittels eines Stromstoßes durch eine diesen umgebende Spulenwicklung umkehrbar ist.

Bei einer bekannten ausschaltbaren Dauermagnetvorrichtung (DE-PS 12 47 256) liegen zwei Dauernia- so gnete parallel zueinander in einem Magnetkreis, der über zwei Polstücke und einen Luftspalt geschlossen ist. Während einer der Dauermagnete hinsichtlich seines Magnetisierungszustandes nicht verändert wird, ist der andere Dauermagnet mit einer Spulenwicklung versehen, die zum Ein- oder Ausschalten in der einen oder der anderen Richtung von einem Magnetisierungsstrom durchflossen wird. 1st die Magnetisierungsrichtung des ummagnetisierbaren Dauermagneten der des nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten entgegengesetzt, dann schließt sich der Magnetkreis über die an den Dauermagneten anliegenden Polstücke, so daß der Luftspalt magnetisch nicht beeinflußt wird. Haben beide Dauermagnete dagegen dieselbe Magnetisierungsrichtung, dann addieren sich ihre Magnetflüsse in den h5 Polstücken, und der Gesamtmagnetfluß fließt über den Luftspalt, so daß in diesem eine Haltekraft erzeugt wird. Die Dauermagnete, deren Querschnitte im wesentlichen übereinstimmen, bestehen aus dem gleichen Werkstoff und haben daher gleiche magnetische Eigenschaften. Wenn beide Dauermagnete in derselben Richtung magnetisiert sind, ohne daß der Luftspalt durch einen anzuziehenden ferromagnetischen Körper überbrückt ist, so besteht die Gefahr, daß der ummagnetisierbare Dauermagnet in der Weise auf den anderen Dauermagneten einwirkt, daß dessen Magnetisierung sich verringert. Hierdurch kann die Funktionssicherheit der Haltevorrichtung beeinträchtigt werden.

Bei einer anderen bekannten ausschaltbaren Dauermagnetanordnung (DE-OS 14 39 075) sind zwei Dauermagnete mit unterschiedlichen Energieprodukten vorhanden. Derjenige Dauermagnet, der die größere Koerzitivfeldstärke hat, weist gleichzeitig auch die größere Remanenz auf, während der umschaltbare Dauermagnet in beiden Werten wesentlich niedriger liegt. Derartige Dauermagnete ergeben bei einer ausschaltbaren dauei magnetischen Haltevorrichtung aber nicht die optimale Haltekraft.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Haltevorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Umschaltung mit geringem Energiebedarf sicher und zuverlässig erfolgt. Auch wenn der Magnetfluß der Haltevorrichtung über die Haltefläche geht, ohne daß an dieser ein ferromagnetischer Körper anliegt, sollen keine schädlicher. Auswirkungen auf einen der Dauermagnete entstehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Dauermagnete aus zwei derart unterschiedlichen dauermagnetischen Werkstoffen bestehen, daß die Remanenz des ummagnetisierbaren Dauermagneten mindestens das Doppelte und seine Koerzitivfeldstärke höchstens ein Drittel der entsprechenden Werte des nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten betragen.

Der ummagnetisierbare Dauermagnet hat somit eine hohe Remanenz und eine kleine Koerzitivfeldstärke, während der nicht ummagnetisierbare Dauermagnet eine geringe Remanenz und eine hohe Koerzitivfeldstärke hat. Die zum Umschalten des ummagnetisierbaren Dauermagneten erforderliche Feldstärke beträgt höchstens ein Drittel der Koerzitivfeldstärke des anderen Dauermagneten.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besteht der ummagnetisierbare Dauermagnet aus einer anisotropen dauermagnetischen Legierung und der nicht ummagnetisierbare Dauermagnet aus einem anisotropen keramischen Dauermagnetwerkstoff.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des zweiten Quadranten der Hysteresekennlinien der in der dauermagnetischen Haltevorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten zwei unterschiedlichen dauermagnetischen Werkstoffe,

F i g. 2 zeigt schematisch eine dauermagnetische Haltevorrichtung im ausgeschalteten Zustand, und

F i g. 3 zeigt die Vorrichtung nach F i g. 2 im eingeschalteten Zustand.

In den folgenden Ausführungen über die für die Dauermagnete zu verwendenden Werkstoffe wird als Beispiel für anisotrope dauermagnetische Legierungen (Eisen-Nickel-Aluminium-Kobaltlegierungen, die von der Curie-Temperatur in einem Magnetfeld abgekühlt wurden) der Werkstoff Alnico V genannt. Es sind aber auch Legierungen anderer Zusammensetzung verwend-

bar, deren Energieprodukt (BH_miI-Wert) in der Größenordnung von 4,5 bis 5,2 Mega-Gauss · Oersted liegt. Derartige Werlcstoffe haben eine sehr hohe Remanenz (B_r; von mehr als 23 Kilogauss und eine relativ geringe Koerzitivfeldstärke H_c von wenig über 600 Oersted. Die Kennlinie dieses Materials ist in F i g. 1 mit 1 bezeichnet.

Als Beispiel für anisotrope keramische Dauermagnetwerkstoffe (Material auf der Basis von Ferriten, beispielsweise feingemahlenes Bariumferritpulver, das in einem Magnetfeld gepreßt und anschließend gesintert wiid) wird im folgenden anisotropes Bariumferrit genannt. Es sind aber auch andere anisotrope keramische Dauermagnetwerkstoffe verwendbar, die einen (B-H)_n^r Wert von 2,8 bis 3,2 Mega-Gauss Oersted aufweisen.

Ein derartiges Material, das für den nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten geeignet ist, hat einen relativ geringen B_rWert, der etwa 'U desjenigen von Alnico V beträgt und einen außergewöhnlich hohen H_c-Wert, der wie die Kurve 2 in F i g. 1 zeigt, etwa drei- bis viermal so groß wie der von Alnico V ist, so daß die magnetische Flußdichte B in einem weiten Bereich der entmagnetisierenden Feldstärke - H im wesentlichen nur linear mit dieser abfällt.

Die Fig.2 und 3 zeigen schematische Darstellungen der Magnetkreise der dauermagnetischen Haltevorrichtung. Der Dauermagnet 3 besteht aus anisotropem Bariumferrit, das wegen seiner magnetischen Eigenschaften nachfolgend als »nicht ummagnetisierbar« bezeichnet wird, da sich die Magnetisierungsrichtung dieses Dauermagneten beim Ein- und Ausschalten der Haltevorrichtung nicht ändert. Der zweite Dauermagnet 4 ist vom Typ Alnico V. Er wird im folgenden als »ummagnetisierbar« bezeichnet, da seine Magnetisierungsrichtung beim Ein- und Ausschalten der Haltevorrichtung jeweils umgekehrt wird.

Der ummagnetisierbare Dauermagnet ist mit einer Wicklung 5 aus Kupfer oder einem anderen guten elektrischen Leiter umgeben, die kurzzeitig von einem Gleichstrom durchflossen wird. Die Stromrichtung des Gleichstromes ist umpolbar. Der Gleichstrom wird jeweils für eine Zeitdauer eingeschaltet, die ausreicht, um den Dauermagneten 4 einen Halbzyklus seiner Hystereseschleife durchlaufen zu lassen.

Beide Dauermagnete 3 und 4 wirken auf ein gemeinsames Polstück 6, an dem sie mit jeweils einer Polfläche anliegen.

An dem Polstück 6 liegt der Nordpol des nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten 3 und der Südpol des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 an, wenn die Haltefläche 9 gemäß F i g. 2 feldfrei ist. Bei dem in den Fig.2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Magnetisierungseinrichtungen der Dauermagnete 3 und 4 unter einem Winkel von 90° zueinander.

Die geometrische Anordnung der einzelnen Teile der magnetischen Vorrichtung kann den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden. Das Polstück 6 des magnetischen Kreises der in Fig.2 dargestellten Haltevorrichtung ist oberhalb des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 über den nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten 3 hinaus verlängert und bildet einen ersten Polschuh. Außerdem ist ein zweiter Polschuh 7 vorgesehen, der zusammen mit dem ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 auf einem ferromagnetischen Joch 8 abgestützt ist. Das Joch 8 besteht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise aus Eisen oder unlegiertem Stahl mit möglichst geringem Kohlenstoffgehalt. Der Kohlenstoffgehalt soll z. B. geringer sein als 0,03%. Die Polschuhe 6 und 7 des Magnetkreises bilden insgesamt, wie schematisch in F i g. 3 gezeigt ist, die Arbeits- oder Haltefläche für den ferromagnetischen Körper 10.
Fig.2 zeigt den ausgeschalteten Zustand der Haltevorrichtung mit feldfreier Haltefläche 9, während F i g. 3 den eingeschalteten Zustand mit einem an der Haltefläche 9 festgehaltenen ferromagnetischen Körper

10 darstellt. Die beiden Dauermagnete 3 und 4 sind dabei so gepolt, daß ihre Felder zum Festhalten des Gegenstandes 10 zusammenwirken bzw. sich addieren.

Wenn der Polschuh 7 oder, im Falle mehrerer gleichartiger magnetischer Kreise, mehrere Polschuhe 7 gemäß F i g. 2 auf dem Joch angeordnet sind, wird der ummagnetisierbare Dauermagnet 4 montiert, indem eine bestimmte Anzahl von Magneten aus Alnico V in die Spule 5 eingebracht werden. Die Höhe der Spule entspricht der Länge des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4. Während der Montage bleibt der ummagnetisierbare Dauermagnet im entmagnetisierten Zustand.

Anschließend erfolgt die Montage des Polschuhs 6, indem dieser auf den oberen Pol des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 aufgesetzt wird. Dadurch entsteht zwischen den inneren Wänden der Polschuhe 6 und 7 eine Nut, in die der Dauermagnet 3 eingelegt wird. Der nicht ummagnetisierbare Dauermagnet 3 wird bis zum Sättigungszustand vormagnetisiert und eingebaut, was in Anbetracht des hohen H_c-Wertes seines Materials möglich ist.

Nun wird die Spule 5 kurzzeitig erregt, um den ummagnetisierbaren Dauermagnet 4 in den Sättigungszustand zu bringen, damit dieser von nun an sein eigenes Dauermagnetfeld erzeugt. Die Magnetisierung dauert weniger als 0,01 Sek. Die Stromrichtung sowie der Wickelsinn der Windungen der Spule 5 sind derart gewählt, daß ein elektromagnetisches Feld 12 (F i g. 3) erzeugt wird, welches den ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 in der in F i g. 3 dargestellten Weise polt, so daß sich sein Magnetfeld über die Polstücke 6, 7 und 8 dem durch den Dauermagneten 3 erzeugten Magnetfeld

11 überlagert und dadurch die Flußdichte an der Haltefläche 9 und somit auch die auf den Gegenstand 10 einwirkende IIMtekraft erhöht. Die Spule 5 dient nur zur Umkehrung der Magnetisierungseinrichtung des ummagnetisierbaren Dauermagneten 4 und wird nur zum Ein- und Ausschalten der Vorrichtung von Strom durchflossen.

Zum Abschalten der Haltevorrichtung und zum Loslösen des ferromagnetischen Gegenstandes 10 wird die Spule 5 kurzzeitig mit einem Strom umgekehrter Richtung erregt, durch den in bekannter Weise der Dauermagnet 4 gemäß F i g. 2 ummagnetisiert wird.

Wird sodann wieder ein Stromstoß durch die Spule 5

to in der ursprünglichen Richtung geschickt, so erfolgt eine erneute Umpolung des Dauermagneten 4, der wieder das in F i g. 3 abgebildete Magnetfeld 3 erzeugt, das sich dem Magnetfeld 11 des Dauermagneten 3 überlagert, so daß die Haltefläche 9 wieder eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ein- und ausschaltbare dauermagnetische Haltevorrichtung für ferromagnetische Körper, mit mindestens zwei in einem zu einer Haltefläche (9) hin offenen Magnetkreis liegenden Dauermagneten (3, 4), deren Magnetflüsse sich im eingeschalteten Zustand über die Haltefläche (9) und einen an dieser anliegenden ferromagnetischen Körper (10) schlie-Ben, während sie im ausgeschalteten Zustand in einem durch die beiden Dauermagnete (3,4) und die anliegenden Polstücke (6, 7, 8) gebildeten geschlossenen magnetischen Kreis verlaufen, wobei zum Umschalten die Magnetisierungseinrichtung des einen Dauermagneten (4) jeweils mittels eines Stromstoßes durch eine diesen umgebende Spulenwicklung (5) umkehrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete aus zwei derart unterschiedlichen dauermagnetischen Werkstoffen bestehen, daß die Remanenz (B_r)des ummagnetisierbaren Dauermagneten (4) mindestens das Doppelte und seine Koerzitivfeidstärke (H_c) höchstens ein Drittel der entsprechenden Werte des nicht ummagnetisierbaren Dauermagneten (3) betragen.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ummagnetisierbare Dauermagnet (4) aus einer anisotropen dauermagnetischen Legierung und der nicht ummagnetisierbare Dauermagnet (3) aus einem anisotropen keramisehen Dauermagnetwerkstoff besteht.