DE3823493A1 - Elektromagnet mit dauermagnet in kaefigfoermiger halterung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen polarisierten Elektromagnet und insbesondere Einrichtungen zum Halt des Polarisierungs­ dauermagnets und verschiedener mit ihm mechanisch verbunde­ ner Teile.

Aus der FR-A-23 58 006 sind polarisierte Elektromagnete bekannt, bei denen ein Dauermagnet zwischen einem inneren Polstück, das relativ nahe bei der Spule liegt, und einem äußeren Polstück, das von der Spule seitlich weiter entfernt ist, angeordnet ist. Ein in der Spule axial beweglicher Magnetkern trägt an jedem Ende Polflansche, von denen min­ destens einer in einem Polspalt zwischen zwei Polflächen des inneren bzw. äußeren Polstücks sitzt.

Je nachdem, ob ein bistabiler oder ein monostabiler Elektro­ magnet geschaffen werden soll, bewegt sich der andere Pol­ flansch in einem anderen Polspalt zwischen einem äußeren und einem inneren Polstück oder nur in Nähe einer oder von zwei Flächen eines der Polstücke in einem Abstand vom ande­ ren Polstück.

Die FR-A-23 58 006 betrifft hauptsächlich Magnetkreise, die theoretisch die Durchführung verschiedener Funktionen gestatten. Die wirtschaftliche Herstellung solcher Magnet­ kreise stellt jedoch verschiedene Probleme. Die Verklebun­ gen sind schwierig mit Präzision herzustellen und schaffen zusätzliche Luftspalte. Die mechanischen Befestigungssysteme mittels Vernietung sind nur unter hohem Kostenaufwand genau auszuführen und beeinträchtigen den Magnetfluß.

Ziel der Erfindung ist es, einfache, wirksame, genaue und leicht montierbare Einrichtungen ohne störende Einwirkung auf die magnetischen Eigenschaften für den Zusammenbau der beiden Polstücke und des Dauermagnets in einem Elektromagnet der oben beschriebenen Art zu schaffen.

Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Elektromagnet mit einer Induktionsspule und zwei zueinander beweglichen magnetischen Organen, deren erstes aus einem von der Spule umgebenen Magnetkern und deren zweites aus einem näher bei der Spule gelegenen, inneren Polstück, einem von der Spule weiter entfernten, äußeren Polstück und einem zwischen die beiden Polstücke eingesetzten Dauermagnet besteht, wobei der Magnetkern mindestens auf einer Seite der Spule einen Polflansch aufweist, der in einen zwischen dem inneren und dem äußeren Polstück vorgesehenen Polspalt eintritt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine unmagnetische käfig­ förmige Halterung, die an das äußere Polstück anklinkbar ist und Kammern zur Aufnahme des Dauermagnets und des inneren Polstücks besitzt, die durch Einrichtungen abgegrenzt sind, die eine Positionierung und Rückhaltung hinsichtlich Bewe­ gungen quer zur Magnetisierungsachse des Dauermagnets gewähr­ leisten.

Mit einer Befestigung durch Einklinkung kann ohne Schwierig­ keit eine genaue Positionierung erzielt werden. Die Halte­ rung läßt sich deshalb mit Genauigkeit bezüglich des äuße­ ren Polstücks positionieren und positioniert ihrerseits mit Genauigkeit das innere Polstück.

Die Halterung positioniert und hält die Polstücke und den Dauermagnet zueinander hinsichtlich Bewegungen quer zur Magnetachse des Dauermagnets. Es wurde nämlich festgestellt, daß die Bewegungen in der Magnetisierungsrichtung einwand­ frei durch die vom Dauermagnet auf jedes Polstück ausgeübte Anziehungskraft verhindert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung auf der dem Polspalt ent­ gegengesetzten Seite des inneren Polstücks eine Kammer zur Aufnahme eines magnetischen Polschuhs abgrenzt, das mit dem äußeren Polstück in magnetischem Kontakt ist und zusam­ men mit einem Querteil des äußeren Polstücks einen Polspalt bildet, in dem sich ein zweiter Polflansch des Magnetkerns bezüglich des äußeren Polstücks zwischen einer Stellung, in der dieser zweite Polflansch an dem äußeren Polstück anliegt, und einer Stellung bewegen kann, in der er an dem Polschuh anliegt.

Auf diese Weise wird ein monostabiler Elektromagnet geschaf­ fen. In den beiden Stellungen des beweglichen Organs ist der zweite Polflansch nämlich magnetisch mit dem äußeren Polstück verbunden. Der Dauermagnet ist bestrebt, das beweg­ liche Organ in die Stellung zurückzuholen, in der der Magnet­ kreis des Dauermagnets geschlossen ist, d.h. in die Stellung, in der der erste Polflansch mit dem inneren Polstück in Kontakt ist, wobei also der Magnetkreis durch den Kern, den ersten Polflansch, das innere Polstück, den Dauermagnet, das äußere Polstück und den zweiten Polflansch verläuft.

Bei dieser Ausführungsform drückt die Halterung den Folschuh fest an das äußere Polstück an. Infolgedessen können das äußere Polstück und der Polschuh getrennt voneinander aus einfachen Ausgangsstoffen wie Blech hergestellt werden. Gemäß der FR-A-23 58 006 sollen dagegen das äußere Polstück und der Polschuh aus einem Stück hergestellt oder zu einem Stück miteinander verbunden werden, was herstellungsmäßig aufwendig wäre.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist. In die­ ser Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung einer Hälfte eines erfindungsgemäßen Elektromagnets,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des äußeren Pol­ stücks,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer der Halte­ rungen in größerem Maßstab,

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch das feststehende Magnet­ organ,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V′ von Fig. 1 und

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des inneren Pol­ stücks.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Elektro­ magnet eine Spule 11, dessen Windungen auf einem Spulenkör­ per 11 c sitzen, der insbesondere Stirnwangen 11 a und 11 b besitzt.

Ein erstes magnetisches Organ oder bewegliches Organ be­ steht aus einem Magnetkern 12, der in der Spule axial glei­ tet. Der Magnetkern 12 weist außerhalb der Stirnwange 11 a der Spule einen ersten Polflansch 14 a auf und außerhalb der Stirnwange 11 b einen zweiten Polflansch 14 b.

Der Elektromagnet besteht ferner aus einem zweiten magneti­ schen Organ oder feststehenden Organ, das aus einem äußeren Polstück 61 in Form eines rechteckigen Rahmens besteht, der in seinen einander entgegengesetzten Flächen 30 a und 30 b zentrale Bohrungen 62 a und 62 b aufweist, in denen ver­ schiebbar die außerhalb der Polflansche 14 a und 14 b befind­ lichen Enden 12 a und 12 b des Magnetkerns 12 sitzen. Das äußere Polstück 61 ist aus einem Band aus magnetischem Blech hergestellt, das viermal so um 90° gebogen ist, daß seine beiden Enden in einer Ebene 88, die durch die Achse VV′ der Spule verläuft, zusammenkommen. Der Seitenteil 30 a be­ steht somit aus zwei Seitenhälften 30′a und 30′′a. Die Sei­ tenteile 30 a und 30 b sind zur Achse VV′ senkrecht. Die bei­ den anderen Seitenteile 29 sind zur Achse VV′ und zu der in dieser Achse liegenden Symmetrieebene des Elektromag­ nets parallel.

Die der Achse VV′ zugewandte Fläche jedes Seitenteils 29 des äußeren Polstücks 61 grenzt an eine der Polflächen, im vorliegenden Fall an die Südpolfläche, eines Dauermag­ nets 17 an. Die andere, der Achse VV′ zugewandte Polfläche jedes Elektromagnets 17 grenzt jeweils an ein inneres Pol­ stück 16 an.

Die der Achse VV′ zugewandte Fläche jedes Seitenteils 29 des äußeren Polstücks ist ferner mit einem Polschuh 36 aus magnetischem Werkstoff in magnetischem Kontakt, der sich zwischen dem Dauermagnet 17 und dem Seitenteil 30 b des äuße­ ren Polstücks 61 auf die Achse VV′ zu erstreckt. Jedes Pol­ stück 36 hat die Form eines Quaders, der parallel zum Sei­ tenteil 30 b abgeflacht ist. Die lichte Weite zwischen dem Seitenteil 30 b und der diesem zugewandten Fläche 36 a des Polschuhs 36 ist gleich der lichten Weite zwischen dem Sei­ tenteil 30 a und einer Stirnfläche 27 a, die jedes innere Polstück 16 auf der Seite des Seitenteils 30 a aufweist. Jeder Polschuh 36 ist in einem Abstand vom benachbarten Dauermagnet 17 und von dem benachbarten inneren Polstück 16 angeordnet.

Der Polflansch 14 a des Magnetkerns 12 tritt in zwei Polspalte 25 a ein, die jeweils zwischen der Stirnfläche 27 a eines der inneren Polstücke 16 und dem Seitenteil 30 a des äußeren Polstücks 61 vorgesehen sind. Der andere Polflansch 14 b des Magnetkerns 12 tritt in die Polspalte 25 b ein, die jeweils zwischen der Fläche 36 a eines der Polschuhe 36 und dem Sei­ tenteil 30 b des äußeren Polstücks 61 vorgesehen sind. Der Abstand zwischen den Polflanschen 14 a und 14 b ist so gewählt, daß der Polflansch 14 b mit den Polschuhen 36 in Kontakt ist, wenn der Polflansch 14 a mit dem Seitenteil 30 a in Kon­ takt ist, und daß der Polflansch 14 b mit dem Seitenteil 30 b des äußeren Polstücks 61 in Kontakt ist, wenn der Pol­ flansch 14 a mit der Stirnfläche 27 a der inneren Polstücke 16 in Kontakt ist.

Wenn nun die Spule erregt wird, wird der Kern 12 aufgrund der Stromrichtung bezüglich des Wicklungssinnes der Windun­ gen in die erste der beschriebenen Stellungen gebracht (Stel­ lung von Fig. 1), in der ein geschlossener bzw. im wesent­ lichen geschlossener Magnetkreis geschaffen ist, der durch den Kern 12, den Polflansch 14 a, das äußere Polstück 61, den Polschuh 36 und den Polflansch 14 b verläuft. Dieser Magnetkreis läuft nicht über den Dauermagnet 17. Infolge­ dessen holt der Dauermagnet 17 nach Entregung der Spule 11 das bewegliche Magnetorgan in die zweite Stellung zurück, in der der erste Polflansch 14 a mit den inneren Polstücken 16 in Kontakt ist, während der zweite Polflansch 14 b mit dem Seitenteil 30 b des äußeren Polstücks 61 in Kontakt ist, so daß sich der Magnetkreis über die Dauermagnete 17 schließt, die wie die inneren Polstücke 16 magnetisch zueinander paral­ lelgeschaltet sind.

Um einen mechanischen Zusammenhalt des feststehenden Magnet­ organs zu erreichen, ist erfindungsgemäß für jede aus einem der Seitenteile 29 a oder 29 b des äußeren Polstücks 61, dem Dauermagnet 17, dem inneren Polstück 16 und dem zugeordne­ ten Polschuh 36 bestehende Einheit eine käfigförmige Halte­ rung 60 vorgesehen.

Jede Halterung 60 besitzt zwei Längswände 73, 74, die zur Achse VV′ parallel und zu den Ebenen der Seitenteile 29 senkrecht sind. Die lichte Weite zwischen den Wänden 73, 74 ist gleich der Breite p (Fig. 5) der Seitenteile 29 des äußeren Polstücks 61. In montierter Stellung befinden sich die Wände 73, 74 links und rechts von dem entsprechenden Seitenteil 29. Die Außenkante der Wände 73, 74 ist mit der Außenfläche des Seitenteils 29 bündig. Die Wände 73, 74 sind durch drei Stege 75, 76 und 77 miteinander verbunden, deren in einer gemeinsamen Ebene liegende Flächen 85, 86, 87 an der Innenfläche des Seitenteils 29 anliegen.

Die beiden äußeren Stege 75 und 77 weisen Haken 78 bzw. 80 auf, die mit Aussparungen 63 bzw. 64 an dem Polstück 61 so zusammenwirken, daß die Halterung 60 in der oben be­ schriebenen Stellung an die Innenfläche des Seitenteils 29 angeklinkt werden kann.

Die an dem Steg 75 vorgesehenen Haken 78 bilden zur Posi­ tionierung dienende Nasen, die auf die Wand 30 a zu gerich­ tet sind und im wesentlichen ohne Spiel quer zu VV′ in die Aussparungen 63 eintreten, die in dem äußeren Polstück 61 an den beiden Enden der Kante zwischen dem entsprechenden Seitenteil 29 und dem Seitenteil 30 a vorgesehen sind. Auf der der Fläche 85 entgegengesetzten Seite besitzen die Nasen 78 eine Schulter 79, die an der Innenfläche des Seitenteils 30 a in Anschlag kommt, und mit Genauigkeit die Stellung der Halterung bezüglich des äußeren Polstücks in der Rich­ tung VV′ festlegt.

Jeder Haken 80 bildet mit dem Steg 77, an dem er vorgesehen ist, ein auf den Seitenteil 30 a zu offenes U, und wird in eine am Rand des Seitenteils 29 vorgesehene Aussparung 64 eingeführt, so daß sein Ende auf der Außenfläche des Sei­ tenteils 29 aufliegt, während der Mittelteil des U′s mit seiner Außenfläche sich elastisch an der entsprechenden Kante der Aussparung 64 abstützt, so daß die Halterung mit ihren Schultern 79 elastisch an den Seitenteil 30 a angedrückt wird.

Durch die Stege 75 und 76 wird eine Kammer abgegrenzt, die genau die Abmessungen des Dauermagnets 17 aufweist.

Der mittlere Steg 76 wird auf die Achse VV′ zu durch eine Wand 76 a verlängert, die sich bis zur Innenkante jeder Längs­ wand 73, 74 erstreckt. Das innere Polstück 16 sitzt zwi­ schen dieser Wand 76 a und zwei aufeinander zu gerichteten Abwinklungen 82, 83, die an den Längswänden 73, 74 zwischen ihren Innenkanten und dem Steg 75 vorgesehen sind. Die lichte Weite zwischen der Wand 76 a und den Abwinklungen 82, 83 ist gleich der entsprechenden Abmessung des Polstücks 16. Auf der Seite des Seitenteils 30 a besitzt dieses Polstück 16 einen Vorsprung 27 (Fig. 4 und 6), der zwischen die Abwink­ lungen 82, 83 tritt, so daß seine Stirnfläche 27 a mit der Außenfläche der Abwinklungen 82, 83 bündig ist.

Zur zusätzlichen Positionierung des Polstücks 16 sind an dessen Längskanten zwei einander entgegengesetzte Lappen 91, 92 (Fig. 6) vorgesehen, die in entsprechende Aussparun­ gen 84, 86 (Fig. 3) an der Innenkante der Längswände 74, 73 eintreten. Wenn diese Positionierungseinrichtungen vorge­ sehen sind, können die Abwinklungen 82, 83 entfallen, so daß sich das innere Polstück 16 auf seiner ganzen Breite bis in Höhe der entsprechenden Kanten 71 der Längswände 73 und 74 erstrecken kann.

Der Seitenteil 29, der Dauermagnet 17 und das innere Pol­ stück 16 besitzen alle eine Breite, die gleich der lichten Weite zwischen den Wänden 73 und 74 ist und sind zwischen diesen Wänden lediglich gestapelt. Die Wände 73 und 74 und die Stege 75 und 76 positionieren den Seitenteil 29, den Dauermagnet 17 und das Polstück 16 zueinander nur hinsicht­ lich zur Magnetisierungsachse des Dauermagnets 17 senkrech­ ten Bewegungen, d.h. zur Symmetrieebene des Elektromagnets parallelen Bewegungen. Bewegungen der Polstücke 29 und 16 vom Dauermagnet 17 weg werden durch die Anziehungskraft dieses Dauermagnets verhindert. Die Höhe der Wände 73 und 74 ist so gewählt, daß ihre innere Längskante im montierten Zustand mit der Innenfläche des Polstücks 16 bündig ist.

Die Halterung weist ferner zwischen dem Steg 76 und dem Steg 77 eine Kammer 72 auf, die in der montierten Stellung den Polschuh 36 aufnimmt, der aus einem einfachen Quader aus einem magnetisierbaren Werkstoff besteht. Die der Achse VV′ zugewandte Fläche des Polstücks 36 befindet sich in der montierten Stellung in der Verlängerung der Unterkante der Wand 76 a und in der Verlängerung der Innenfläche des Polstücks 16. Damit der Polschuh 36 in dieser Stellung, in der seine dem Seitenteil 29 zugewandte Fläche fest an dieses angedrückt ist, gehalten wird, ist jede Längswand 73 und 74 längs ihrer Unterkante mit einer Anschlagswand 86 versehen, die den Polschuh 36 zurückhält. Der Steg 76 und seine Wand 76 a bilden eine Trennwand zwischen dem Polschuh 36 einerseits und dem Dauermagnet 17 und dem inneren Pol­ stück 16 andererseits.

Um optimale Abmessungen zu erhalten, positioniert die Halte­ rung 16 den Polschuh 36 so, daß seine Polspaltfläche 36 a im wesentlichen in der Ebene BB′ (Fig. 4) der Stirnwange 11 b (Fig. 1) liegt, und positioniert das innere Polstück 16 so, daß seine Polspaltfläche 27 a im wesentlichen in der Ebene AA′ (Fig. 4) der anderen Stirnwange 11 a (Fig. 1) liegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die einzigen nennenswer­ ten Räume im Inneren des Elektromagnets, die unausgefüllt sind, die für die Bewegung der Polflansche 14 a und 14 b nöti­ gen Räume sind.

Die Halterung 60 besteht vorzugsweise aus einem einstückigen Kunststoffgußteil. Es ist jedoch auch möglich, mindestens manche Teile der Halterung aus einem unmagnetischen Metall, insbesondere mit Hilfe eines unmagnetischen Metallblechs herzustellen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestell­ ten Ausführungsformen beschränkt.

Sie ist insbesondere auch auf Elektromagnete anwendbar, die keinen Polschuh 36 aufweisen und deren inneres Polstück 16 zwei einander entgegengesetzte Polspaltflächen besitzt, von denen die eine die Fläche 27 a ist und die andere dem Seitenteil 30 b gegenübersteht. In diesem Fall bleibt der rechte Teil der Halterung so, wie er in den Figuren darge­ stellt ist, und ihr linker Teil ist zu diesem rechten Teil bezüglich einer zu VV′ senkrechten Ebene symmetrisch ausge­ bildet, wobei jedoch die Einhakeinrichtungen die in den Fig. 1 bis 6 beschriebene Form beibehalten.

Wenn befürchtet wird, daß die Anziehungskraft des Dauermag­ nets 17 für den Zusammenhalt bezüglich der zu seiner Magneti­ sierungsachse parallelen Bewegungen nicht ausreicht, kann die Anschlagswand 86 längs der Unterkante der Wände 73 und 74 so verlängert werden, daß auch das innere Polstück 16 eine Auflage findet.

Claims (12)

1. Elektromagnet mit einer Induktionsspule (11) und zwei zueinander beweglichen magnetischen Organen, deren erstes aus einem von der Spule (11) umgebenen Magnetkern (12) und deren zweites aus einem näher bei der Spule (11) gelegenen, inneren Polstück (16), einem von der Spule (11) weiter entfernten, äußeren Polstück (61) und einem zwischen die beiden Polstücke eingesetzten Dauermagnet (17) besteht, wobei der Magnetkern (12) mindestens auf einer Seite der Spule (11) einen Polflansch (14 a) auf­ weist, der in einen zwischen dem inneren (16) und dem äußeren Polstück (61) vorgesehenen Polspalt eintritt, gekennzeichnet durch eine unmagnetische käfigförmige Halterung (60), die an das äußere Polstück (61) anklink­ bar ist und Kammern zur Aufnahme des Dauermagnets (17) und des inneren Polstücks (16) besitzt, die durch Ein­ richtungen (73 bis 77) abgegrenzt sind, die eine Posi­ tionierung und Rückhaltung hinsichtlich Bewegungen quer zur Magnetisierungsachse des Dauermagnets (17) gewähr­ leisten.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) zum Einklinken Haken (78, 80) besitzt, die in Aussparungen (63, 64) des äußeren Pol­ stücks eintreten.

3. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung (60) zwei Längswände (73, 74) besitzt, zwischen denen die Polstücke (61, 16) und der Dauermagnet (17) gestapelt sind.

4. Elektromagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Längswand (73, 74) eine Aussparung (84, 86) aufweist, in die ein Lappen (94, 92) des inneren Polstücks (16) eintritt.

5. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung zwei Stege (75, 76) besitzt, die zwischen den Polstücken (16, 61) zu beiden Seiten des Dauermagnets (17) angeordnet sind und ihn positionieren.

6. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (16, 61) und der Dauermagnet (17) hinsichtlich Bewegungen parallel zu dessen Magnetisierungsachse durch die Anziehungskraft des Dauermagnets blockiert sind.

7. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) auf der Seite des Polspalts (25 a) zwei aufeinander zu gerichtete Abwinklungen (82, 83) besitzt, die das innere Polstück (16) hinsichtlich Bewegungen in Richtung einer Verkleine­ rung des Polspalts (25 a) positionieren.

8. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) auf der dem Polspalt (25 a) entgegengesetzten Seite des inneren Polstücks (16) eine Kammer (72) zur Aufnahme eines magnetischen Polschuhs (36) abgrenzt, der mit dem äußeren Polstück (61) in magnetischem Kontakt ist und zusammen mit einem Querteil (30 b) des äußeren Polstücks (61) einen Polspalt (25 b) bildet, in dem sich ein zweiter Polflansch (14 b) des Magnetkerns (12) bezüglich des äußeren Polstücks (61) zwischen einer Stellung, in der dieser zweite Pol­ flansch (14 b) an dem äußeren Polstück (61) anliegt, und einer Stellung bewegen kann, in der er an dem Polschuh (36) anliegt.

9. Elektromagnet nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) eine Trennwand (76, 76 a) aufweist, die sich zwischen dem Polschuh (36) einerseits und dem Dauermagnet (17) und dem inneren Polstück (16) anderer­ seits befindet.

10. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) Einklinkeinrich­ tungen (86) besitzt, die den Polschuh (36) an das äußere Polstück (61) angedrückt halten.

11. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 8 bis 10 mit einer Induktionsspule (11), deren Wicklung zwischen zwei Stirn­ wangen (11 a, 11 b) angeordnet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterung (60) den Polschuh (36) so posi­ tioniert, daß seine Polspaltfläche (36 a) im wesentlichen in der Ebene (BB′) einer der Stirnwangen (11 b) liegt, und das innere Polstück (16) so positioniert, daß seine Polspaltfläche (27 a) im wesentlichen in der Ebene (AA′) der anderen Stirnwange (11 a) liegt.

12. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) aus Kunst­ stoff besteht.