DE970828C

DE970828C - Magnet system for measuring purposes

Info

Publication number: DE970828C
Application number: DEL11567A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Lange
Original assignee: E Leybolds Nachfolger AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1952-02-14
Filing date: 1952-02-14
Publication date: 1958-10-30

Description

Magnetsystem für Meßzwecke In Laboratorien; werden häufig magnetische Felder hoher Feldstärke gebraucht, sei es zur Erzeugung und, Messung mugnetischer Kraft- wirkungen,, sei es zur Beobachtung anderer magne- tischer Effekte, wobei an dies6 Felder sehr hohe Anforderungen bezüglich der zeitlichen Konstanz ihrer Feldstärke gestellt werden. Zur Erzeugung solcher Felder werden. üblicher- weise Elektromagnete gebraucht, die. zur Erreichung einer zeitlich konstantem, hohen Feldstärke in ihrem Luftspalt stets einer außerordentlich konstaavben Stromquelle bedürfe.. Die Bereitstellung von Stromquellen von der erforderl:ichenKonstanz'über längere Zeiten, bereitet sehr große Schwierigkeitm; sie lä.Bt sich praktisch nur mit großen und eigens diesem Zwecke dienenden AtdcumuJatorenbatterien durchführen" deren Anschaffung und Aufstellung mit erheblichen Kosterz verknüpft ist.Magnet system for measuring purposes In laboratories; often become magnetic Fields of high field strength used, be it for Generation and measurement of magnetic force effects, be it for observing other magnetic tic effects, with these 6 fields being very high Requirements regarding the constancy of time their field strength. To generate such fields are. usual- wise electromagnets used that. to achieve a time-constant, high field strength in their The air gap is always extraordinarily constant Power source needs .. The provision of Power sources of the required constancy longer times, causes great difficulty; it can practically only be used with large and specific accumulator batteries used for this purpose carry out "the acquisition and installation of which is associated with considerable expense.

Dauermagnete für videTlei Anwendungen in der Technik sind; bekannt. Solche Magnete fassen sich bisher aber nie universell, verwender4 weül sie einrnab stets für. die Erzeugung spezieller Feldverhältnisse konstruiert sind, und zum anderen meist zur Erzeugung höherer Fektstärken (über etwa 5ooo Gauß) nicht ausreichen können, wenn solche Felder im: einem Raum von einigen oem aufrechterhalten werden müssen. Die Anforderungem, die an einen uräversader brauchbar Magnet gestellt werden müssen, sind darum mit serienmäßigen Dauermugnebm nicht zu erreichen und können bisher nur mit Elektromagneten erfüllt werden. Dauermagnete für MeB- und Laboratoriumszwecke haben aber vor allem noch die folgenden schwerwiegenden. Nachteile. Wenn man sie derart haut, daß die beiden, Magnethälften: zum Einsetzen der Meßapparaturan in den, Luftspalt nicht voneinander entfernt werden können:, so ist der Einbau dieser Apparaturen in den Luftspalt sehr unbequem und umständlich. Ordnet man jedoch die beiden Magnethälften beweglich an, um den, eben erwähnten Nachteil:- zu vermeiden, so wachsen. die Kräfte, welche die beiden Hälften aufeinander ausüben, bei ihrer gegenseitigen Annäherung sehr stark an, und; eine mechanische Justierung ist außero@rd£n,tli!ch schwierig.Permanent magnets for many applications in technology are; known. So far, however, such magnets have never been universal, depending on the user4 always for. the generation of special field conditions are constructed, and on the other hand usually not sufficient to generate higher effect strengths (over about 5,000 Gauss), if such fields have to be maintained in: a space of a few oem. The requirements that must be made of a uräversader usable magnet, are therefore not achievable with standard Dauermugnebm and so far only can be met with electromagnets. Permanent magnets for measurement and laboratory purposes but above all have the following serious ones. Disadvantage. If you can skin in such a way that the two magnet halves: for inserting the measuring apparatus into den, the air gap cannot be separated from each other: so is the installation of this Apparatus in the air gap very inconvenient and cumbersome. However, if you order the on both halves of the magnet in order to avoid the disadvantage just mentioned: -, so grow. the forces that the two halves exert on one another, with theirs mutual rapprochement very strong, and; a mechanical adjustment is also possible difficult.

Es sind auch bereits Dauermagnete bekanntgeworden, deren Schenkel mit Magnetisierungsspulen versehen sind. Der Magnetisierungszustand des Dauermagneten kann dabei durch einen einmaligen Stromstoß in den Spulen auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Dieser Magnetaufbau hat gegenüber den vorstehend erwähnten Anordnungen große Vorteile, da er ein konstantes und einstellbares Magnetfeld liefert.There are also permanent magnets known whose legs are provided with magnetizing coils. The magnetization state of the permanent magnet can be adjusted to the desired value by a single current surge in the coils can be set. This magnet structure has an arrangement over the above-mentioned great advantages as it provides a constant and adjustable magnetic field.

Bei den bisher bekannten Anordnungen ist es jedoch schwierig, komplizierte Meßanordnungen im Luftspalt zu montieren. Die Polsthuhe können nämlich nur bis zu einem gewissen Grade voneinander entfernt werden und erlauben daher keine große Bewegungsfreiheit beim Aufbau der in den Luftspalt einzubringenden Apparatur. Außerdem ist das Streufeld bei diesen Magnetanordnungen n oe ih relativ groß.In the previously known arrangements, however, it is difficult, complicated To mount measuring arrangements in the air gap. The upholstered shoes can only hold up to can be separated from each other to a certain extent and therefore do not allow large Freedom of movement when setting up the equipment to be introduced into the air gap. aside from that the stray field in these magnet arrangements is n oe ih relatively large.

Durch die Erfindung sollen diese uNachteile vermieden werden. Die Erfindung setzt ein Magnetsystem für Laboratoriums- und Meßzwecke, bestehend aus zwei voneinander getrennten, topfförmigen Halbjochen aus Weicheisen od. dgl., unter Verwendung von Stromspulen zur Einstellung des Magnetisierungszustandes eines im Magnetkreis enthaltenen Dauermagnetkerns als bekannt voraus.The invention is intended to avoid these disadvantages. the Invention uses a magnet system for laboratory and measurement purposes, consisting of two separate, pot-shaped half-yokes made of soft iron or the like, under Use of current coils to adjust the magnetization state of an im Magnetic circuit contained permanent magnet core than known.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in die topfförmigen Halbjoche von Stromspulen umgebene Dauermagnetkerne eingesetzt sind und daß die Anordnung dieser Halbjoche so getroffen ist, daß sie bis zur gegenseitigen Auflage von an ihren Stirnflächen vorhandenen Auflageflächen gegeneinander bewegt werden können, wobei in dieser Lage zwischen den in den Halbjochen liegenden Dauermagnetkernen ein definierter Luftspalt entsteht, während im übrigen ein geschlossener Magnetkreis gegeben ist.The invention is characterized in that in the cup-shaped Half yokes surrounded by current coils permanent magnet cores are used and that the Arrangement of these half-yokes is made so that they are up to mutual support are moved against each other by bearing surfaces present at their end faces can, in this position between the permanent magnet cores lying in the half yokes a defined air gap is created, while a closed magnetic circuit is otherwise given is.

Da die beiden Teile des Magneten vollständig voneinander getrennt werden können, ist der Einbau der Versuchsapparatur in den Luftspalt besonders leicht möglich, da nach Entfernen der einen Magnethälfte der .eine Polschuh von seiner Stirnfläche aus vollständig frei zugänglich ist. Nach der Montage kann dann der zweite Teil des Magneten wieder aufgesetzt werden. Die Anordnung besitzt noch den Vorteil, daß sie die theoretisch beste Ausnutzung des - Magnetmaterials ermöglicht ('kleinster Entwagnetisierungsfaktor).Because the two parts of the magnet are completely separated from each other installation of the experimental apparatus in the air gap is particularly easy possible, because after removing one half of the magnet, the one pole piece of his Front face is completely freely accessible. After assembly, the second part of the magnet to be put back on. The arrangement still has the Advantage that it enables the theoretically best utilization of the - magnetic material ('smallest de-magnetization factor).

Ein besonders günstiger Aufbau ist in. der Abbildung angegeben.. Es handelt sich in diesem Fall um einen in zwei symmetrische Hälften teilbaren Topfmagnet, welcher aus den beiden Jochen, r, z' aus weichmagnetischem Material. besteht, die in ihrer Achsrichtung gegeneinander verschoben werden, können. A particularly favorable structure is shown in the figure. In this case, it is a pot magnet which can be divided into two symmetrical halves and which consists of the two yokes, r, z 'made of soft magnetic material. exists, which can be shifted against each other in their axial direction.

In die Joche sind; die Dauermagnete a, a' mit Vorzugsrichtung in der Achse eingebaut. Um die Dauermagnete liegen die Spulenkörper 3"3', welche die Erregerwicklung tragen..In the yokes are; the permanent magnets a, a 'built into the axis with a preferred direction. The coil formers 3 "3 ', which carry the excitation winding, are located around the permanent magnets.

Die nach dem inneren Hohlraum der beiden Topfmagnete zugekehrte Wand der Spulenkörper kann gleichzeitig als Montagewand für Versuchs-und Meßgeräte im Innern der Topfmagnete diienen.The wall facing the inner cavity of the two pot magnets the bobbin can also be used as a mounting wall for experimental and measuring devices in the Serve inside the pot magnets.

Zum Justieren und zum Einbringen weiterer Meßgeräte in, den Hohlraum der Topfmagnete bzw. in das Feld zwischen; den Polschuhen sind seitliche Bohrungen für den: beiden Töpfen, vorgesehen.For adjusting and for inserting further measuring devices into the cavity the pot magnet or in the field between; the pole pieces are side holes for the: two pots, intended.

Durch die leichte Öffnungsmöglichkeit des Magnetsystems ist der Feldraum für alle praktischen Messungen sehr viel leichter zugänglich als bei allen bekannten Ausführungen. von Elektron magneten. Die Kreissymmetrie des gesamten Magnets, gestattet dabei, genaue Passung der beiden Hälften aufeinander und damit genaueste Reproduzierburkeit der Feldabmessungen vor und nach dem Öffnen.The field space is due to the easy opening of the magnet system much more easily accessible for all practical measurements than for all known ones Executions. of electron magnets. The circular symmetry of the entire magnet, permitted at the same time, exact fit of the two halves on top of each other and thus the most precise reproducibility the field dimensions before and after opening.

Die Dauermagnete erhalten zweckmäßig eine konzentrisch zu den Zylinderflächen der :Magnete liegende Längsbohrung, um auch Messungen in Richtung des Magnetfeldes, durchführen zu können. Wenn die Magnete mit je einem in der Achse der Magnetkörper liegenden Schraubenbolzen an den Jochen r, r' befestigt sind, so kann dieser hohl, ausgeführt werden.The permanent magnets expediently receive a concentric to the cylinder surfaces the: Longitudinal hole lying in front of the magnets, so that measurements can also be taken in the direction of the magnetic field, to be able to perform. When the magnets each have one in the axis of the magnet body lying screw bolts are attached to the yokes r, r ', this can be hollow, are executed.

Auf die Stirnfläche der Dauermagnete können Polschuhe 4, 4' zweckmäßig durch die Längsbohrung mittels, der Stifte 5., 5' an der Gehäusewand der beiden Topfmagnete befestigt werden Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, zwischen den Magneten einen verschiedenartigen Feldverlauf zu erzielen.Pole shoes 4, 4 'can expediently be placed on the end face of the permanent magnets through the longitudinal bore by means of the pins 5., 5 'on the housing wall of the two Pot magnets are attached In this way, there is the possibility of between the magnet to achieve a different field course.

Die Topfmagnete selbst werden auf einem Gestell in der Achsrichtung gegeneinander verschiebbar bzw. auch jede Hälfte auf Laufrollen, in Schienen fahrbar zur Erzielung dieser Verschiebbarkei.t angebracht, so, daß die Versuchs- und Meßein.richtungen vor dem. Zusammenfügen. der beiden Hälften fest eingebaut und: justiert werden können.The pot magnets themselves are on a rack in the axial direction can be moved against each other or each half can be moved on rollers, in rails to achieve this movability attached so that the test and measurement facilities before the. Put together. of the two halves permanently installed and: can be adjusted.

Die Erregung der magnetischen: Körper und damit des Dauermagnets geschieht in an. sich bekannter Weise durch kurzzeitiges Erregen der Erregerspulen mit Gleichstrom, an dessen zeitliche Konstanz keinerlei besondere Anforderung gestellt wird. Gegebenenfalls könnte auch mit einer Stoßerregung gearbeitet -,verden, soweit eine solche sich mit der hohen Selbstinduktion vereinbaren läßt, Zweckmäßig wird die Gleichstromerregung über einen, als Potentiometer an- eine, ergiebige Spannungsquelle geschaltetem, Widerstand durchgeführt.The excitation of the magnetic: body and thus the permanent magnet happens in on. known way by briefly exciting the excitation coils with direct current, no special requirements are placed on its temporal constancy. Possibly could also work with a shock excitation -, verden, as far as such is itself Can be reconciled with the high self-induction, the direct current excitation is appropriate via a potentiometer connected to an abundant voltage source, Resistance carried out.

Zur Öffnung des Magnets wird in. gleicher Weise wie bei seiner Erregung ein jetzt wesentlich, geri. ngerer Gegenstrom kurzzeitig auf die Erregerwicklung gegeben, was, über dasselbe Poten.tiometer erfolgen kann. Daraufhin lassen. sich die im erregten Zustand fest aneinanderhaftenden Jochhälften sehr leicht voneinander trennen..The magnet is opened in the same way as when it is excited a now essential, geri. Shorter countercurrent to the Excitation winding given, which can be done using the same potentiometer. Thereupon permit. the yoke halves, which adhere firmly to one another in the excited state, very easily separate from each other ..

Ein nach diesem Prinzip gebauter Versuchsmagnet, dessen beide Hälften, je 290 mm Durch.-messer und! 19o mm Höhe hatten, ergab bei einem gleichbleibenden, Verhältnis von Polsch@uh,durchmesser zum Polschu,habstand wie 2 : i in Abhängigkeit von. der Weibe dieses Spaltes die Werte der Tabelle. Polabstand Polschuh- Feldstärke durchmesser in mm in mm in Gauß 5 10 17000 8 16 11400 i I 22 8000 35 70 3000 Diese Tabelle, zeigt, daß ein nach dem Prinzip der Erfindung gebauter Dauermagnet durchaus, mit Elektromagneten: gleicher Größe und gleichen. Gewichtes. konkurrieren kann, solange das, Gesamtgewicht der Magnete die Höhe von etwa 5o bis 701,9 nicht übersteigt. Der Grund hierfür liegt darin, daß es bei Elektromagneten dieser Größe nicht gelingt, die Erregerspulen so zu dimensionieren, daß sie eine dauernde zeitliche Sättigung des Magnets erzielen lassen. Der große Gewinn einer zeitlich konstanten Feldstärke ist also bei einem Dauermagnet dieser Größen.ordn.ung mit keinerlei Einbuße an, Feldstärke gegenüber einem Elektromagnet erkauft, wohl aber wird der Betrieb des Magnets durch Wegfall der Regelorgane bzw. der Batterie und denkbar einfachste Bedienung erheblich verbilligt und erleichtert.A test magnet built according to this principle, the two halves of which are each 290 mm in diameter and! 19o mm in height resulted in a constant ratio of Polsch @ uh, diameter to Polschu, habstand as 2: i depending on. the woman of this gap the values of the table. Pole distance pole piece field strength diameter in mm in mm in Gauss 5 10 17000 8 16 11400 i I 22 8000 35 70 3000 This table shows that a permanent magnet built according to the principle of the invention has electromagnets of the same size and the same. Weight. can compete as long as the total weight of the magnets does not exceed the height of about 50 to 701.9. The reason for this is that with electromagnets of this size it is not possible to dimension the excitation coils in such a way that they allow a permanent temporal saturation of the magnet to be achieved. The great gain in a field strength that is constant over time is therefore at no cost to a permanent magnet of this magnitude, field strength compared to an electromagnet, but the operation of the magnet is considerably cheaper by eliminating the control elements or the battery and the simplest possible operation and relieved.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Magnet system for laboratory and measuring purposes, consisting of two separate, cup-shaped half-yokes made of soft iron or the like, using current coils to adjust the magnetization state a permanent magnet core contained in the magnetic circuit, characterized in that in the cup-shaped half-yokes (i and i ') are surrounded by permanent magnet cores (3 or 3') (2 or 2 ') are used, and that the arrangement of these half yokes made so is that they exist up to the mutual up-position of on their end faces Support surfaces can be moved against each other, in this position between A defined air gap is created in the permanent magnet cores located in the half yokes, while a closed magnetic circuit is otherwise given.

2. Magnet system according to Claim i, characterized in that one or more of the facing the air gap Walls of the coil formers of the excitation windings (3, 3 ') are designed so that they can serve as mounting walls for measuring devices to be installed.

3. Magnet system according to Claim i and following, characterized in that the two white, chei, seri pots (i, i ') are designed so that they are joined together with an exact fit so that the width of the, air gap, between the, pole pieces also with repeated opening and closing. of the magnet system is precisely adhered to.

4. Magnet system according to claim i and following, characterized in that interchangeable Pole shoes (4, 4!) Are of such a shape and size that the width of the air gap can be changed.

5. The method of using the magnet system according to: claim i and following for measuring purposes, characterized in that the object to be measured and. the required i @ iessei: n: directions with distant soft iron pots (i and i ') on a pole shoe or on a mounting wall are firmly thawed and adjusted so that the two soft iron pots are then pushed together and the permanent magnets by exciting the windings : (3, 3 ') are magnetized with an electric current, whereupon the current is switched off and the measurement is carried out, and d, ate the permanent magnets through after the measurement was completed. en: tspreche: nde excitation of the windings are demagnetized so that the two soft iron pots with the. Permanent magnets can be easily separated from each other. References considered: U.S. Patent No. 2,442,638; Swiss Patent No. 275 698; British Patent No. 372,417; German Patent Nos. 158869, 712484, 669 0 28, 722 216; ATM-Z. 6o-1, Nov. 1940, Proc. Roy. Soc. (A), London 1932, pp. 628 to 636.