DE707761C - Magnet arrangement for an electrical voltage regulator - Google Patents

Magnet arrangement for an electrical voltage regulator

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DE707761C DEP75793D DEP0075793D DE707761C DE 707761 C DE707761 C DE 707761C DE P75793 D DEP75793 D DE P75793D DE P0075793 D DEP0075793 D DE P0075793D DE 707761 C DE707761 C DE 707761C
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Dipl-Ing Hugo Grob
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/32—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using magnetic devices having a controllable degree of saturation as final control devices
    • G05F1/325—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using magnetic devices having a controllable degree of saturation as final control devices with specific core structure, e.g. gap, aperture, slot, permanent magnet

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Description

Magnetanordnung für einen elektrischen Spannungsregler Bei elektrischen Spannungsreglern spielt in manchen Fällen, z. B. bei ihrer Verwendung in Flugzeugen, ein möglichst geringes Gewicht eine große Rolle. Das Reglergewicht wird in hohem Maße durch den Werkstoffaufwand für den magnetischen Kreis bedingt. Daher besteht in den erwähnten Fällen ein großes Interesse, den magnetischen Kreis des Reglers so leicht wie möglich zu gestalten.Magnet arrangement for an electrical voltage regulator Voltage regulators plays in some cases, e.g. B. when used in aircraft, the lowest possible weight plays an important role. The controller weight is in high Dimensions due to the material used for the magnetic circuit. Hence there is In the cases mentioned, the magnetic circuit of the regulator is of great interest to make it as light as possible.

Für die Leistungsfähigkeit eines Magneten ist neben der aufgewendeten Amperewindungszahl die Kraftflußzunahme im Magnetspulenkern maßgebend, die innerhalb des Ankerziehhubes entsteht. Der Kernquerschnitt hat jedoch auch noch den Streukraftfluß aufzunehmen, der bereits in der Anfangsstellung des Ankers vorhanden ist. Will man zwecks Gewichtsersparnis den Spulenkernquerschnitt und damit die mittlere Windungslänge der umschließenden Kupferspule möglichst gering machen, so muß eine Magnetform gewählt werden, bei der der magnetische Kraftfluß möglichst klein ist, der in dem Spulenkern bereits in der Anfangsstellung des Ankers schon vorhanden ist: Die vorliegende Erfindung hat eine Magnetform zum Gegenstand, bei der diese Forderung in besonders hohem Maße erfüllt ist. Sie besteht darin, daß der in Form eines Rechteckes ausgebildete magnetische Kreis zwei Drehanker A und zwei Magnetspulenkerne D in magnetischer Reihenschaltung enthält. Die Ausführung ist dabei im einzelnen so getroffen, daß zwei gegenüberliegende Seiten des Rechteckes durch die Magnetspulenkerne D und die beiden anderen Seiten durch die Drehanker A und die mit diesen zusammenwirkenden festen Gestellpole B gebildet werden. h-lan erhält auf diese Weise eine Magnetform, bei der die Luftspalte zwischen Anker und Pol jeweils nur halb so. groß sind, als die Luftspalte beim Vorhand sein nur eines einzigen Magnetspulenke- " sein müßten. Ein Magnetwerk mit zwei auf gemeinsamer-' Achse sitzenden Drehankern ist an sich schon bekannt, jedoch in einer im einzelnen ganz anderen Anordnung und zu einem ganz anderen Zweck. Bei der bekannten Ausführungsform sind im Kreise um einen stabförmigen Elektromagneten parallel zu dessen Spulen stabförmige Dauermagnete angeordnet. Über diese sowie über den bzw. die vor den Polen des Elektromagneten sich drehenden Anker schließen sich zwei Kraftflüsse. Das ganze dient als Schrittschaltwerk, das mit Hilfe besonderer Ausführungsformen sich stets in einer Drehrichtung durch die Umpolung des seine Spule durchfließenden Stromes von einem bis zum nächsten Magneten vorwärts bewegt. Die neue \-lagnetform nach der vorliegenden Erfindung ist aber für einen Spannungsregler bestimmt, bei dem an jeder Stelle des Ankerweges zwischen den zusammenwirkenden Kräften Gleichgewicht herrscht. Es liegt deshalb auf der Hand, daß die bekannte Ausführung keine Anregung für die Lösung der vorliegenden Aufgabe bieten konnte.For the performance of a magnet, in addition to the number of ampere-turns used, the increase in force flux in the magnet coil core that occurs within the armature pulling stroke is decisive. However, the core cross-section also has to absorb the flux of stray force that is already present in the initial position of the armature. If you want to make the coil core cross-section and thus the mean winding length of the surrounding copper coil as small as possible in order to save weight, a magnet shape must be selected in which the magnetic flux is as small as possible, which is already present in the coil core in the initial position of the armature: the present one The invention relates to a magnet shape in which this requirement is met to a particularly high degree. It consists in the fact that the magnetic circuit, which is designed in the form of a rectangle, contains two rotating armatures A and two magnetic coil cores D in a magnetic series connection. The design is made in such a way that two opposite sides of the rectangle are formed by the magnetic coil cores D and the other two sides by the rotating armature A and the fixed frame poles B cooperating with them. In this way, h-lan has a magnetic shape in which the air gaps between armature and pole only half as much. are large than the air gaps in the forehand its only one solenoid coil " should be. A magnetic mechanism with two rotating armatures seated on a common axis is already known per se, but in a completely different arrangement and for a completely different purpose. In the known embodiment, rod-shaped permanent magnets are arranged in a circle around a rod-shaped electromagnet parallel to its coils. Two force flows close via this and via the armature (s) rotating in front of the poles of the electromagnet. The whole thing serves as a stepping mechanism which, with the help of special embodiments, always moves forward in one direction of rotation by reversing the polarity of the current flowing through its coil from one magnet to the next. The new \ -lagnetform according to the present invention is intended for a voltage regulator in which there is equilibrium between the interacting forces at every point along the armature path. It is therefore obvious that the known design could not offer any suggestions for solving the present problem.

Die Abb. ia und il) zeigen in zwei Ansichten ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und die- Abb. 2a und ab sowie 3a, 31) und 3c Einzelheiten für die konstruktive Ausbildung.Figs. Ia and il) show an embodiment in two views of the invention and the Fig. 2a and ab and 3a, 31) and 3c details for the constructive training.

In den Abb. ia und ib bedeuten .d die beiden auf einer gemeinsamen Achse sitzenden Z-förtnigen Magnetanker, B die vier den Ankern gegenüberstehenden festen Gestellpole, C die beiden Magnetspulen und D deren Eisenkerne. Diese Teile sind in einem Rechteck zueinander angeordnet, von dem zwei gegenüberliegende Seiten durch die beiden Spulenkerne und die beiden anderen Seiten durch die Gestellpole und die beiden Anker gebildet werden.In Figs. Ia and ib .d mean the two on a common Axis seated Z-shaped armature, B the four facing the anchors fixed frame poles, C the two magnet coils and D their iron cores. These parts are arranged in a rectangle to each other, of which two opposite sides through the two coil cores and the other two sides through the frame poles and the two anchors are formed.

Dank dieser Anordnung wird die magnetische Potentialdifferenz zwischen je zwei einander gegenüberstehenden Gestellpolflächen und damit auch das dort auf den Anker übertretende Anfangsstreufeld nur halb so groß. als wenn, gleiche Gesamtlänge der in Reihe geschalteten Luftspalte vorausgesetzt, auf der einen Seite der Spule statt zweier Gestellpole und eines Ankers ein festes Magnetjoch vorhanden wäre, wie dies bei den bisher üblichen Anordnungen der Fall war.Thanks to this arrangement, the magnetic potential difference between two opposing frame pole faces and thus also that there The initial stray field exceeding the anchor is only half as large. as if, same overall length of the air gaps connected in series, on one side of the coil instead of two frame poles and an armature, there would be a fixed magnetic yoke, as was the case with the previous arrangements.

Im weiteren hat die erfindungsgemäße Anordnung eine erhebliche Verkleinerung des am Beginn des Ankeranziehhubes vorhandenen Streukraftlinienfeldes zur Folge, das quer zur Ankerachse von einem Spulenkern jum anderen übertritt. Diese Verringerung des nutzlosen Streu- es, das bereits in der Anfangsstellung des ?'! kers die Spulenkerne durchsetzt und einen eil ihres Querschnittes für sich beansprucht, gestattet gegenüber den bisherigen Magnetanordnungen eine Verkleinerung des Magnetkerndurchmessers und damit eine Verminderung sowohl des Eisen- als auch des Kupfergewichtes.Furthermore, the arrangement according to the invention results in a considerable reduction in the stray force line field present at the beginning of the armature tightening stroke, which crosses over from one coil core to the other transversely to the armature axis. This reduction in useless litter it, which is already in the initial position of the ? '! kers penetrates the coil cores and one part of its cross-section claims for itself, Compared to the previous magnet arrangements, it allows a reduction in the diameter of the magnet core and thus a reduction in both the iron and copper weights.

Die beiden Enden F der Ankerwelle müssen je in einem Lagerschild gelagert sein. Wenn man eine schwere Reglergrundplatte vermeiden will, muß die notwendige gegenseitige konzentrische Lage dieser beiden Lagerschilde durch ein Verbindungsstück zwischen beiden Schilden herbeigeführt werden, das Zentrierränder besitzt, die in entsprechende Zentrierränder der beiden Lagerschilde eingreifen, ähnlich wie beim Gehäuse eines Elektromotors.The two ends F of the armature shaft must each be supported in a bearing plate be. If you want to avoid a heavy regulator base plate, you have to have the necessary one mutual concentric position of these two end shields by a connector be brought about between the two shields, which has centering edges, which in corresponding centering edges of the two end shields engage, similar to the Housing of an electric motor.

Bei der bisher üblichen Ausführungsform eines solchen Verbindungsstückes nach Art eines Zylinders müssen die Zentrierränder außen an den Polstücken herumführen. Dies würde bei den Lagerschilden zusätzliches Gewicht bedingen. Um (lies zu vermeiden, erfolgt die gegenseitige steife Verbindung zwischen den beiden Lagerschilden erfindungsgemäß durch zwei genau gleich hohe, ebenfalls mit Zentrieransätzen versehene Einzelstücke, von denen jedes nur etwa den vierten Teil des Zylinderumfanges einnimmt.In the hitherto customary embodiment of such a connector in the manner of a cylinder, the centering edges must lead around the outside of the pole pieces. This would add additional weight to the end shields. To avoid (read, the mutual rigid connection between the two end shields takes place according to the invention thanks to two individual pieces of exactly the same height, also provided with centering shoulders, each of which only takes up about a fourth part of the cylinder circumference.

Die zusammengehörigen Abb. 2a und 2b zeigen ein Ausführungsbeispiel hierfür. G sind die beiden Lagerschilde mit den Ankerlagerstellen H. Die gegenseitige Verbindung dieser beiden Lagerschilde erfolgt durch die beiden Verbindungsstücke 1, deren Zentrierränder K in Zentriernuten L der Lagerschilde eingreifen. Da der Kreisdurchmesser dieser Zentriernuten nun klein gehalten werden kann, ist es möglich, auch die Abmessungen des Lagerschildes klein zu halten, um somit auch hier an Gewicht zu sparen.The associated Fig. 2a and 2b show an embodiment therefor. G are the two end shields with the anchor bearing points H. The mutual These two end shields are connected by the two connecting pieces 1, the centering edges K of which engage in centering grooves L of the end shields. Since the The circular diameter of these centering grooves can now be kept small, it is possible to also to keep the dimensions of the bearing plate small, thus reducing weight here too to save.

Die erfindungsgemäße Anwendung von zwei magnetisch in Reihe geschalteten Ankern erfordert zwischen den Anker- und den Gestenpolen engere Luftspalte, als wenn nur ein Anker vorhanden wäre. Um eine genaue Einhaltung der gewünschten geringen Luftspaltlänge zu erreichen, werden die Gestenpole B erfindungsgemäß nicht am Verbindungskörper zwischen den beiden Lagerschilden befestigt, wie es z. B. bei den elektrischen Motoren üblich ist, sondern an den beiden Lagerschilden. Dadurch können die Flächen F der Gestellpole B in einem Sitz mit den Lagerstellen H ausgedreht werden. Da- auch bei den Ankerpolen A das Ausdrehen der Polflächen zusammen mit dem Abdrehen der Lagerstellen-P erfolgt, so ist ohne weiteres eine absolut konzentrische Lage der Ankerpole zu den Gestellpolen gewährleistet.The inventive application of two magnetically connected in series Anchoring requires tighter air gaps than between the anchor and gesture poles if there was only one anchor. To ensure precise compliance with the desired low To achieve the air gap length, the gesture poles B are not according to the invention on the connecting body attached between the two end shields, as it is, for. B. in the case of electric motors is common, but on the two end shields. This allows the surfaces F of Frame poles B are turned out in a seat with the bearings H. There- also with the armature poles A the turning out of the pole faces together with the turning the bearing point P takes place, an absolutely concentric position is readily available the armature poles to the frame poles guaranteed.

Spannungsregler zum Einbau in Flugzeuge müssen bei stark: schwankenden. Außentemperaturen, z. B. zwischen -40° und 6o°, noch genau regeln. Die Konstruktionsteile, an denen die Magnetgestellpole befestigt sind, müssen selbstverständlich aus einem nicht magnetischen Werkstoff hergestellt sein. Es gibt keinen hierfür in Betracht kommenden gießfähigen Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient gleich. dem des Eisens ist. In jedem Falke, ist die Wärmeausdehnung bei allen diesen -Stoffen größer als beim Eisen. Daher hat eine Temperatursteigerung eine Vergrößerung des Luftspaltes und damit auch eine Erhöhung der geregelten Spannung zur Folge, die ohnehin schon durch die Wärmeeinwirkung auf den Widerstand der Magnetspule bei zunehmender Erwärmung sich erhöht.Voltage regulators for installation in aircraft must be highly: fluctuating. Outside temperatures, e.g. B. between -40 ° and 6o °, still regulate precisely. The construction parts, to which the magnetic frame poles are attached must of course consist of one non-magnetic material. There is no one eligible for this coming castable material whose coefficient of thermal expansion is the same. to the of iron is. In every falcon, there is thermal expansion in all of these substances larger than with iron. Therefore, an increase in temperature has an increase in the Air gap and thus also an increase in the regulated voltage result in the anyway due to the effect of heat on the resistance of the magnet coil with increasing Warming increases.

Um diesen schädlichen Einfluß der Temperatur auszuschalten, werden gemäß der Erfindung die Befestigungsstellen sowohl der Anker als auch der Gestenpole in die Nähe der Luftspalte verlegt. Da der Anker von zwei einander diametral gegenüberliegenden Luftspalten begrenzt wird, so werden an ihm zwei weit auseinanderliegende Befestigungsstellen erforderlich. Infolge der Verschiedenheit der Wärmeausdehnung aber der beiden fest miteinander verbundenen Körper würden Verbiegungen entstehen, die den Luftspalt verändern könnten.In order to eliminate this harmful influence of temperature, are according to the invention, the attachment points of both the armature and the gesture poles relocated near the air gaps. Because the anchor of two diametrically opposed Air gaps is limited, so are two widely spaced attachment points on it necessary. Due to the difference in thermal expansion, however, the two are fixed interconnected bodies would create bends that would create the air gap could change.

Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeit durch Teilung jedes Ankers in zwei Teile Al und AZ in Fig. 3, von denen - jeder durch zwei nahe der äußeren Polflächen sitzende Paßstifte M mit der Tragscheibe N fest verbunden ist. Das Anpressen der Ankerpolstücke AI und AZ an die Tragscheibe N erfolgt durch Schrauben 0, deren Muttern P die Bolzen 0 aufnehmen, mit denen die beiden Ankerhälften A1 und A. zusammengeschraubt sind. Sowohl die Hauptverbindungen OP als auch die Verbindung O besitzen etwas Spiel und werden nicht übermäßig stark angezogen, um gegenseitige durch Erwärmungsunterschiede bedingte Verschiebungen ohne elastische Deformation des Ankerstützkörpers zu -ermöglichen.The invention avoids this difficulty by dividing each anchor into two parts Al and AZ in Fig. 3, of which - each by two near the outer one Dowel pins M seated on pole faces are firmly connected to the support disk N. The pressing the armature pole pieces AI and AZ to the support disk N is done by screws 0, whose Nuts P take up the bolts 0 with which the two anchor halves A1 and A. are screwed together are. Both the main connections OP and the connection O have some play and are not unduly attracted to each other by differences in heating to allow conditional displacements without elastic deformation of the anchor support body.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die schräge Lage der Trennfläche R zwischen den beiden Ankerhälften A, und A2. Der an dieser Trennfläche gebildete Luftspalt und damit auch der durch ihn verursachte magnetische Widerstand verändert sich bei Temperaturschwankungen um einen gewissen. Betrag. Infolge der Schräglage wird aber die Änderung des magnetischen Widerstandes in erheblich. geringerem Ausmaße, als wenn die Vereinigungsfläche beider Ankerhälften senkrecht zur Ankerlängsrichtung liegen würde. ':- Auch bei den Gestellpolen B liegen die Verbindungsstifte S, durch die eine feste Verbindung mit der Unterlage herbeigeführt wird, möglichst nahe am Luftspalt. -Um die Verschiedenheit der Werkstoffausdehnungen in Richtung der Ankerachse unschädlich zu machen, sind die Spulenkerne in die Gestellpole B des einen (in der Abb. 3 des linken) Lagerschildes verschiebbar eingesetzt. Am anderen Ende werden sie durch die Schrauben ?' unter Einklemmung der betreffenden Gestellpole B am rechten Lagerschild befestigt. Das Anpressen der Gestellpole an das linke Lagerschild geschieht durch besondere Schrauben U.An essential feature of the invention is the inclined position of the parting surface R between the two anchor halves A, and A2. The one formed at this interface Air gap and thus also the magnetic resistance caused by it changed by a certain amount in the event of temperature fluctuations. Amount. As a result of the incline but the change in magnetic resistance becomes considerable. smaller dimensions, as if the union surface of both anchor halves is perpendicular to the anchor longitudinal direction would lie. ': - The connecting pins S, are also through on the frame poles B which a firm connection with the base is brought about, as close as possible to the Air gap. -To the difference in material expansion in the direction of the anchor axis To make them harmless, the coil cores are to be inserted into the frame poles B of the one (in the Fig. 3 of the left) end shield inserted so that it can be moved. Be on the other end them through the screws? ' with clamping of the relevant frame pole B on the right Bearing shield attached. The frame poles are pressed against the left end shield by special screws U.

Die Erfindung sieht noch einen zweiten Weg vor, um ein Verziehen des Magnetgestelles bei Temperaturänderungen zu vermeiden. Dieser besteht darin, daß die Teile, die die einzelnen Elemente des magnetischen Kreises zusammenhalten, aus einem nicht magnetischen Material hergestellt werden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mit dein des reinen Eisens nahezu übereinstimmt. Dieser Werkstoff besitzt indessen ein viel höheres Gewicht als die Leichtmetalle und läßt sich Ferner auch nicht gießen.The invention provides a second way to avoid warping of the Avoid magnetic frame in case of temperature changes. This is that the parts that hold the individual elements of the magnetic circuit together a non-magnetic material, its coefficient of thermal expansion almost coincides with yours of pure iron. However, this material has a much higher weight than the light metals and can also not be cast.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. Magnetanordnung für einen elektrischen Spannungsregler mit in jeder Lage im Gleichgewicht befindlichem Drehanker, dadurch gekennzeichnet, daß der in Form eines Rechteckes ausgebildete magnetische Kreis zwei Drehanker (A) und zwei Magnetspulenkerne (D) in magnetischer Reihenschaltung enthält. PATENT CLAIMS: i. Magnet arrangement for an electrical voltage regulator with a rotating anchor that is in equilibrium in every position, characterized in that that the magnetic circuit in the form of a rectangle has two rotating armatures (A) and two magnetic coil cores (D) in magnetic series connection. 2. Magnetanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Seiten des Rechteckes durch die Kerne (D) der beiden Magnetspulen (C) und die beiden anderen Seiten durch die Drehanker (A) und die festen Gestellpolstücke (B) gebildet werden. 2. Magnet arrangement according to claim i, characterized in that two opposite sides of the rectangle through the cores (D) of the two magnetic coils (C) and the other two sides the rotating armature (A) and the fixed frame pole pieces (B) are formed. 3. Magnetanordnung nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerschilde (G), die die Ankerlager (H) aufnehmen, durch zwei Zwischenstücke (J) miteinander verbunden sind und durch Zentrierränder (L) in konzentrischer Lage gehalten werden. d.. 3. Magnet arrangement according to claim i and z, characterized in that the two bearing plates (G), which accommodate the anchor bearings (H), connected to one another by two intermediate pieces (J) and are held in a concentric position by centering edges (L). d .. Magnetanordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestellpolstücke (B) an den Lagerschilden (G) der Ankerlager (H) befestigt sind. Magnet arrangement according to claim i to 3, characterized in that the frame pole pieces (B) on the The end shields (G) of the armature bearings (H) are attached. 5. Magnetanordnung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstellen (M, S) sowohl der Anker- als auch der Magnetpole möglichst nahe am Ankerluftspalt angeordnet sind. 5. Magnet arrangement according to claim i to q., Characterized in that the fastening points (M, S) of both the armature and the magnetic poles are arranged as close as possible to the armature air gap. 6. Magnetanordnung nach Anspruch r bis $, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanker (A) aus Hälften (Al und A,) bestehen, deren Stoßflächen (R) vorzugsweise schief zur Längsrichtung des Ankers liegen und außer den unverrückbaren Befestigungsstellen (M) noch weitere nachgiebige Befestigungsstellen (0, P, Q) aufweisen. 6. Magnet arrangement according to claim r to $, characterized in that the armature (A) consists of halves (Al and A,) whose abutment surfaces (R) are preferably oblique to the longitudinal direction of the armature and apart from the immovable fastening points (M) still more have flexible fastening points (0, P, Q) . 7. Magnetanordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkerne (D) am einen Ende fest und am anderen Ende verschiebbar mit dem Teil (Lagerschild G) verbunden sind, der die Gestellpole (B) trägt.7. Magnet arrangement according to claim i to 6, characterized in that the magnetic cores (D) are fixedly connected at one end and displaceably connected at the other end to the part (bearing plate G) which carries the frame poles (B).
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