DE2941410A1 - Polschuh-magnet-baugruppe fuer magnetomotorische vorrichtung - Google Patents

Description

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Pol<Schuh-Magnet-Baugruppe für magnetomotorische Vorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Polschuh-Magnet-Baugruppe für eine magnetomotorische Vorrichtung und insbesondere auf eine solche Baugruppe zum Gebrauch bei unterbrecherlosen Zündanlagen für Brennkraftmaschinen.

Gewöhnlich wird bei unterbrecherlosen Zündanlagen für Brennkraftmaschinen ein Dauermagnet verwendet, der synchron mit der Kurbelwelle des Motors umläuft* Bei solchen Anlagen, die als Kondensatorentladungseinrichtungen bezeichnet werden, induziert der Dauermagnet eine Spannung in einer Ladewicklung, die mit einem Kondensator verbunden ist, sowie eine Spannung in einer zweiten Wicklung, die gewöhnlich als Triggerwicklung bezeichnet wird. Ein Festkörper-Schaltelement oder.ein gesteuerter Siliziumgleichrichter, der zwischen dem Kondensator und einer Zündspule eingeschaltet ist, wird in Abhängigkeit von dem Triggersignal periodisch leitend, wodurch die Kondensatorladung über die Primärwicklung der Zündspule entladen und in der Sekundärwicklung ein Zündimpuls induziert wird. Die in der mit einer Zündkerze verbundenen Sekundärwicklung induzierte Spannung bringt die Zündkerze zum Zünden. Für unterschiedliche Leistungsdaten und/oder aus Ersparnisgründen kann das Triggersignal durch die Primärwicklung oder eine andere in der Zündanlage vorhandene Wicklung erzeugt werden.

Ein gesteuerter Siliziumgleichrichter ist im Betrieb gewöhnlich reichlich unterhalb der Vorwärtsdurchbruchrichtung vorgespannt, und das Triggern geschieht durch Zuführen eines Strome von vorbestimmter Amplitude und Polarität zu der

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Steuerelektrode. Falls in einer Zündanlage eine Triggerspule vorhanden ist, erzeugt sie in Abhängigkeit von der Umdrehung der Kurbelwelle einen elektrischen Impuls. Die Eigenschaften der durch solche Triggerspulen erzeugten Impulse müssen in Betracht gezogen werden, wenn verhindert werden soll, daß die Zündanlage bei einer Rückwärtsdrehung des Motors getriggert wird. Bei vielen kleinen Motoren mit unterbrecherlosen Zündanlagen ist es üblich, gesonderte Sicherheitsschaltungen vorzusehen, um ein Zünden bei Rückwärtsdrehung des Motors zu verhindern. Solche Schaltungen tragen erheblich zur Verteuerung der Zündanlage bei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Polschuh-Magnet-Anordnung für eine magnetomotorische Zündanlage zu schaffen, bei der die genannten Schwierigkeiten ausgeschaltet sind, bei der eine Zündung bei Rückwärtsdrehung des Motors ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile verhindert wird, die außerdem einen schmalen Impuls zur Einhaltung genauer Zündzeiten bei unterbrecherlosen Zündanlagen erzeugt und die ferner einen schnell ansteigenden Triggerimpuls von im wesentlichen nur einer Polarität liefert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert* Es zeigt:

Fig. 1 die Draufsicht der erfindungsgemäßen Polschuh-Magnet-Baugruppe ;

Fig. 2 bis 5 Darstellungen der erfinduηgsgemäßen Polschuh-Magnet-Baugruppe in verschiedenen Stellungen ihrer Vorwärtsdrehung sowie das Jeder Stellung entsprechende in der Triggerspule induzierte Wellenmuster; und

Fig. 6 in einer Fig. 5 ähnelnden Darstellung die Polschuh-Magnet-Baugruppe in einer Stellung der Rückwärtsdrehung zu- samaen Bit dem hierbei entstehenden Spannungsmuster·

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Zu der in Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichneten erfindungsgemäßen Polschuh-Magnet-Baugruppe gehören ein starker Dauermagnet 20 und zwei PolstUcke oder -schuhe 25 und 30, die sich von dem Magneten weg nach außen erstrecken. Zum Zwecke der Veranschaulichung ist die Polschuh-Magnet-Anordnung in der Zeichnung an der Schwungscheibe 35 einer Brennkraftmaschine angebracht, die sich synchron mit der Kurbelwelle des Motors dreht. Eine um einen Kern oder Anker 42 gewickelte Triggerspule 40 ist an einem Statorring 43 angebracht und in eine elektronische Zündanlage 45 eingeschaltet. Die durch den Magneten 20 erzeugten Magnetflußlinien werden durch die Spule geschnitten, während sich die Polschuh-Magnet-Baugruppe 10 bei ihrer Drehung an dem Kern 42 vorbeibewegt, so daß in der Spule 40 ein elektrischer Impuls erzeugt wird. Dieser Spannungsimpuls kann dazu benutzt werden, einen gesteuerten Siliziumgleichrichter in einer unterbrecherlosen Zündanlage 45 zu triggern und dadurch einen Entladungsweg für einen Kondensator oder dergl. über die Primärwicklung eines Transformators zu schaffen, um das Zünden einer über die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossenen Zündkerze in bekannter Weise zu bewirken.

Der Magnet 20 besteht aus starkem Dauermagnetmaterial, das so orientiert ist, daß seine Pole an den Seiten des Magneten liegen. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Magnet aus Samarium-Kobalt oder seltenen Erden, aber im Rahmen der Erfindung können auch andere Stoffe mit hohem Energieprodukt verwendet werden. Der Magnet 20 hat die Form eines dünnen Streifens oder Stabes, der sich in radialer Richtung vom Drehmittelpunkt der Vorrichtung aus erstreckt, so daß der Magnet bei der Drehung des Rotors periodisch in radiale Fluchtung mit dem Kern 42 gebracht wird.

Die beiden Polstücke 25 und 30 bestehen aus einem ferromagnetischen Material, z.B. einer Stahllegierung, und erstrecken sich von beiden Seiten des Magnetstreifens 20 in Umfangsrichtung nach außen. Die PolstUcke sind allgemein kreisbogenförmig

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ausgebildet, und ihre längste Abmessung a von den im wesentlichen flachen Endflächen 27 und 29 aus erstreckt sich in der Drehrichtung der Schwungscheibe. Die Innenkanten der PoI-. schuhe sind allgemein kreisbogenförmig, wobei die Anfangspunkte 44 und 46 ihrer Krümmungsradien gegenüber dem Umdrehungsmittelpunkt 48 des Rotors versetzt sind. Infolge dieser Anordnung verkleinert sich die radiale Abmessung des Luftspalts zwischen dem Kern 42 des Triggers und der Innenfläche jedes Polschuhs von einer Stellung, bei der das äußere Ende des Polschuhs sich gegenüber dem Kern 42 befindet, bis zu einer zweiten Stellung, bei der das innere Ende des Polschuhs sich gegenüber dem Kern 42 befindet. Dieser sich in Umfangsrichtung ändernde Flußspalt führt zu einer allmählichen Verstärkung des durch die Triggerspule geschnittenen Flusses, so daß gemäß Fig. 5 nur ein Seitenimpuls 50 von sehr geringer Amplitude erzeugt wird. Wegen der in Umfangsrichtung langgestreckten Form der Polschuhe 25 und 30 wird der Seitenimpuls über einen sehr viel größeren Umdrehungswinkel der Vorrichtung erzeugt als der beim Vorbeibewegen des Magneten an dem Spulenkern 42 in der Triggerspule 40 erzeugte Triggerimpuls 52. Außerdem entsteht infolge der relativ großen Länge der Polschuhe gegenüber dem Magneten 20 ein solches Flußverteilungsmuster, daß die Amplitude des erzeugten Impulses 52 um ein Vielfaches größer ist als diejenige der Seitenimpulse 50 und 54. Bei einer Ausführungsform der Erfindung lag die Länge b des Dauermagneten in Fig. 1 in der Größenordnung von etwa 3 mm, während die Breite a jedes Polschuhs etwa 50 mm betrug und das Energieprodukt des Magneten 20 bei 16 lag. Da das Festkörperschaltelement oder der gesteuerte Siliziumgleichrichter so gewählt ist, daß er durch den Impuls 52 großer Amplitude in seinen leitfähigen Zustand versetzt wird, liegt seine SchwellentrigUrspannung naturgemäß wesentlich höher als die Amplitude der Seitenimpulse 50 und 54.

Der Rotor 35 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, z.B. Aluminium. Die erfindungsgemäße Polschuh-Magnet-Bau-

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gruppe ist auf beliebige Weise an der Schwungscheibe befestigt. Bei der gezeigten Ausführungsform besitzt der Rotor einen radialen Schlitz 32, in den der Magnet mit engem Sitz hineinpaßt. Die Polschuhe stützen sich an den Seitenflächen des Magneten ab, und die Bauteile sind mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels, z.B. eines Epoxyklebstoffs, an Ort und Stelle befestigt. Natürlich kann auch jede andere Art der Befestigung gewählt werden.

Die Arbeitsweise der Zündanlage, zu der die erfindungsgemäße Polschuh-Magnet-Baugruppe gehört, ergibt sich aus Fig. 2 bis 5, in denen aufeinanderfolgende Stellungen der Polschuh-Magnet-Baugruppe gegenüber der Triggerspule 40 bei der Drehung des Rotors 35 dargestellt sind. Für jede Stellung der magnetomotorischen Elemente ist die in der Spule 40 induzierte Spannung in einem Diagramm gezeigt.

Wenn das Ende des Polschuhs 30 beginnt, sich gemäß Fig. 2 an der Triggerspule vorbeizubewegen, wird in der Triggerspule 40 ein erster Seitenimpuls 50 induziert. Wegen der in Umfangsrichtung langgestreckten Form der Polschuhe wird der Magnetfluß über ihre Länge verteilt, so daß gemäß Fig. 4 vor dem Hauptimpuls 52 nur ein Seitenimpuls 50 von niedriger Amplitude erzeugt wird. Wenn der Magnet 20 die Triggerspule 40 passiert, wechselt der Magnetfluß durch den Kern 42 schnell seine Richtung, wodurch ein schmaler Impuls 52 hoher Spannung in der Spule 40 induziert wird. Die zum Triggern der unterbrecherlosen Zündanlage erforderliche Spannung ist in Fig. 5 als Vt bezeichnet. Bei der Weiterdrehung der Schwungscheibe entsteht ein zweiter Seitenimpuls 54 der gleichen Form und Amplitude wie der erste Seitenimpuls 50. Der Erfolg ist, daß es außer dem Hauptimpuls 52 keine Ausreißerimpulse oder Spannungsspitzen gibt, deren Amplitude groß genug ist, um ein Triggern der unterbrecherlosen Zündanlage 45 zu bewirken«

Die relative Länge des ersten und zweiten Impulses wird durch die relative Länge des Magneten 20 und der Polstücke 25 und

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bestimmt und durch die Zündungserfordernisse des Motors diktiert. Bei der bevorzugten Ausführungsform haden die zwei ten Impulse oder Hauptimpulse etwa ein Zehntel der Länge der Seitenimpulse. Solche äußerst schmalen Hauptimpulse tragen zum Einhalten genauer Zündzeiten und zu ihrer Stabilität in einem weiten Bereich von Betriebsdrehzahlen bei, und das Magnetflußmuster führt zu einem Impuls, der etwa die zehnfache Amplitude der Seitenimpulse aufweist.

Sollte sich gemäß Fig. 6 die Schwungscheibe in der umgekehrten Richtung drehen, z.B. wenn eine Bedienungsperson die Schwungscheibe eines kleinen Motors in der falschen Richtung anwirft, folgt die erzeugte Spannung etwa der Kurve 60 in Fig. 6. Hierbei ergeben sich zwei Seitenimpulse 61 und 64 geringer Amplitude und ein Hauptimpuls 62, dessen Polarität derjenigen des normalen Triggerimpulses 52 bei Schwungscheibendrehung im Uhrzeigersinne nach Fig. 2 entgegengesetzt ist. Da die Spannung 60 an keinem Punkt der Triggerspannung Vt nahekommt, die ,zum Schalten des Festkörper-Zündelements erforderlich ist, wird kein Zündimpuls erzeugt. Es ist ersichtlich, daß die Verhinderung einer Zündung bei einer Rückwärtsdrehung allein durch die Formgebung der Magnet-Polschuh-Baugruppe erzielt wird und keine gesonderte Schutzschaltung er forderlich ist, die die Zündanlage verteuern und vergrößern würde.

Die Polschuh-Magnet-Baugruppe ist zwar in Verbindung mit einem Schaltelement mit positiver Triggerspannung beschrieben worden, doch sei bemerkt, daß durch einfaches Umkehren der Polorientierung des Dauermagneten 20 die Konstruktion ebensogut mit einem Schaltelement von negativer Triggerspannung betrieben werden kann.

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L e e r s e

Claims (4)

29AH1Q R.E. Phelon Company, Inc., 70 Maple Street, East Longmeadov, Mass., U.S.A. PATENTANSPRÜCHE

1. Polschuh-Magnet-Baugruppe für die magnetomotorische Vorrichtung einer unterbrecherlosen Zündanlage mit einem Festkörperschaltelement, zu dem eine Triggerspule und Einrichtungen zur elektrischen Verbindung zwischen der Triggerspule und dem Schaltelement gehören und wobei die Polschuh-Magnet-Baugruppe gegenüber der Triggerspule drehbar ist, gekennzeichnet durch einen starken Dauermagneten (20), dessen Seitenflächen (27. 29) entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, zwei Polschuhe (25, 30), die sich an den Seitenflächen des Magneten abstützen und sich in entgegengesetzten Umfangsrichtungen erstrecken, wobei die Länge jedes Polschuhs in Umfangsrichtung mindestens acht- bis zehnmal größer ist als die entsprechende Abmessung des Dauermagneten, so daß das durch den Magneten erzeugte Flußmuster im wesentlichen über die Länge der Polschuhe ausgebreitet wird und bei einer Drehung der Polschuh-Magnet-Baugruppe (10) gegenüber der Triggerspule (40) in einer Richtung in der Spule eine Triggerspannung von einer Polarität erzeugt wird, deren Amplitude wesentlich größer ist als diejenige der Durchbruchspannung des Schaltelements, wobei jeder andere in der

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Spule induzierte Impuls erheblich kleiner ist als die Triggerspannung und die Durchbruchspannung und wobei eine entgegengesetzte Drehung der Magnetbaugruppe gegenüber der Triggerspule keinen Spannungsimpuls der genannten einen Polarität erzeugt, dessen Amplitude derjenigen der Durchbruchspannung entspricht, so daß die unterbrecherlose Zündanlage bei einer Rückwärtsdrehung der Vorrichtung nicht betätigt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Polschuhflächen exzentrisch zu demjenigen der Magnet-Polschuh-Baugruppe (10) verläuft, so daß der Luftspalt zwischen der Fläche jedes Polschuhs (25, 30) und dem Kern (42) der Triggerspule (40) sich von einer Stellung, bei der das äußere Ende des Polschuhs sich gegenüber dem Kern befindet, und einer zweiten Stellung, bei der das innere Ende des gleichen Polschuhs sich gegenüber dem Kern befindet, verkleinert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Magnet (20) ein dünner Streifen aus Samarium-Kobalt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (20) ein Energieprodukt von mindestens 16 hat und daß die Amplitude des Hauptimpulses (52) mindestens achtbis zehnmal größer ist als diejenige der in der Spule (40) durch Schneiden der über die Länge der Polschuhe (25, 30) ausstrahlenden Flußlinien erzeugten Seitenimpulse (50, 54).

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