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Magnetkreisanordnung mit einem Weicheisenteil und einem scheibenförmigen
Dauermagneten Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetkreisanordnung mit einem
ferromagnetischen Teil mit hoher Permeabilität und einem in Form eines flachen,
dünnen Körpers ausgebildeten Dauermagneten, der im wesentlichen in Richtung seiner
kleinsten Abmessung magnetisiert ist und aus einem @Jaterial mit hoher Koerzitivkraft
BHC von mindestens 750 0e und mit verhältnismäßig niedriger Remanenz (z.
B. weniger als 5ooo Gauß) besteht und dessen kleinste Abmessung kleiner ist als
ein Viertel der größten Außenabmessung einer seiner Poloberflächen, wobei der ferromagnetische
Teil hoher Permeabilität wenigstens einen Abschnitt enthält, in welchem der Kraftlinienweg
parallel zu den Kraftlinien im Magneten verläuft; ferner ist im Magnetkreis mindestens
ein Luftspalt vorhanden, der sich wenigstens in der Nähe eines Randes des Magneten
befindet.
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Bei derartigen bekannten Magnetkreisanordnungen wurden bisher metallische
Dauermagneten angewendet, so daß der Abschnitt, der parallel zum Kraftlinienweg
im Magneten verläuft, in genügender Entfernung von den Kanten des Magneten angeordnet
werden mußte, um eine schädliche Streuung, die nachteilig für das Feld im Luftspalt
sein würde, zu vermeiden. Hierdurch werden die Abmessungen aber verhältnismäßig
groß.
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Auch sind derartige Magnetkreisanordnungen bekannt, bei denen der
erwähnte Abschnitt (oder Abschnitte) in kurzer Entfernung von den Kanten
des
metallischen Dauermagneten liegt, wodurch jedoch ein großer Streuungsverlust auftritt.
In einem Fall handelt es sich hierbei um Haftmagneten geringer Abmessungen, wobei
dieser Verlust unerheblich ist, und in einem anderen Fall darum, eine Entmagnetisierung
des Magneten zu verhindern.
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Die Erfindung schafft nun eine möglichst streuarme und wirksame Magnetkreisanordnung
eingangs erwähnter Art, bei der die Nachteile der bekannten Anordnungen weitgehendst
vermieden sind. Gemäß der Erfindung besteht hierzu der Dauermagnet aus einem Material
mit als für die ferromagnetischen Eigenschaften wesentlichem Bestandteil einfachen
Kristallen und/oder Mischkristallen mit Magnetoplumbitstruktur der Zusammensetzung
Me0 - 6 Fez 03, wobei Me mindestens eines der Metalle Pb, Ba oder Sr und gegebenenfalls
Ca bezeichnet, und ist der erwähnte Abschnitt des ferromagnetischen Teiles in einem
Abstand von dem Magneten angebracht, der kleiner ist als die Hälfte, vorzugsweise
kleiner als ein Viertel der Magnetlänge zwischen den Polen und der vorzugsweise
etwa i mm beträgt.
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Obgleich in magnetischer Hinsicht, wie weiter unten erläutert wird,
der erwähnte Abstand ohne Bedenken auf Null gebracht werden kann, ist es aus praktischen
Erwägungen erwünscht, diesen Abstand in der Größenordnung von i mm zu lassen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die erwähnten dauermagnetischen
Materialien, insbesondere jene, die im Verhältnis zur Koerzitivkraft BHC einen hohen
IHC-Wert und eine Permeabilität,cc niedriger als 2, z. B. etwa i bis 1,6, haben,
die Eigenschaft aufweisen, daß die Zahl der aus den Kanten zwischen den Polen heraustretenden
Streukraftlinien durch die Anbringung ferromagnetischen Materials mit hoher Permeabilität,
wie Weicheisen, an den Kanten des Magneten nur wenig vergrößert wird, was dagegen
z. B. bei den bekannten Magnetstahlarten auf Fe-Al-Ni-Basis mit Co-, Cu- und/oder
Ti-Zusätzen der Fall ist.
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Es sei noch erwähnt, daß Dauermagnetwerkstoffe mit einer Koerzitivkraft
von goo 0e und einer Reinanenz von 16oo Gauß bereits bekannt sind. Aber auch bei
Verwendung dieser Stoffe tritt eine erhebliche Streuung an den Seiten des Magneten
auf, «as bei den gemäß der Erfindung zu benutzenden Stoffen, die eine Koerzitivkraft
von wenigstens id.oo 0e und eine Remanenz von 2ooo Gauß haben, nicht der Fall ist.
Deshalb müßte bei Anwendung dieser bekannten Magnetwerkstoffe der Abstand zwischen
dem Magneten und dem ferromagnetischen Abschnitt parallel zur Magnetisierungsrichtung
des Magneten relativ groß gehalten werden.
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Außer der vorerwähnten Eigenschaft haben die gemäß der Erfindung zu
verwendenden Materialien noch den Vorteil, daß gegebenenfalls der Magnet außerhalb
des Kreises magnetisiert werden kann, ohne daß eine wesentliche Entmagnetisierung
stattfindet, wenn der Magnet aus der Magnetisierungsvorrichtung in den endgültigen
Magnetkreis übergeführt wird. Ein magnetischer Kurzschluß mittels eines Weicheisenkreises
zwischen den beiden Polflächen während der f,Tberführung des Magneten erübrigt sich
daher. Es zeigt sich außerdem, daß ein Entfernen des Magneten aus dem Kreis ohne
irgendwelche Schutzmaßnahmen nach erneutem Anbringen im Kreis nahezu keine Veränderung
des Arbeitspunktes ergibt; mit anderen Worten, die sogenannten reversiblen oder
umkehrbaren Kurven decken sich praktisch mit der Entmagnetisierungs-oder BH-Kurve.
Sogar beim Vorhandensein äußerer, sehr starker entgegengesetzter Magnetfelder tritt
praktisch keine Entmagnetisierung des Materials ein. Schließlich haben diese Materialien
einen hohen elektrischen Widerstand.
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Gemäß einem weiteren :Merkmal der Erfindung ist der Luftspalt so nahe
zum Magneten angebracht, daß er an diesen angrenzt. Wenn mindestens einer der ferromagnetischen
Abschnitte, der parallel zu den Kraftlinien im Magneten verläuft, den Magneten praktisch
berührt, wird die Anordnung weitestgehend kompakt, so daß ein minimaler schädlicher
Raum verbleibt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Magnet aus einem
so flachen Körper, daß die kleinste Abmessung des Magneten zugleich kleiner als
ein Viertel der kleinsten Außenabmessung einer der Poloberflächen ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, bei der zwei ferromagnetische
Teile hoher Permeabilität vorhanden sind, der Magnet aus einer massiven, flachen
Scheibe besteht und einer oder beide ferromagnetischen Teile möglichst nahe am Außenrand
des Magneten angebracht sind, wird der Luftspalt auf einer Seite praktisch von einem
Außenrand des Magneten begrenzt. Der Vorteil dieser Anordnung ist der, daß die Streuung
dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der andeutungsweise dargestellten
Figuren beispielsweise näher erläutert.
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Die Fig. i bis 12 stellen verschiedene Ausführungsformen von Magnetkreisanordnungen
nach der Erfindung dar.
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Fig. i zeigt einen scheibenförmigen Dauermagneten i, der in Pfeilrichtung
magnetisiert ist. An den beiden Polflächen :2 und 3 liegt der ferromagnetische Teil
aus Weicheisen in zwei Teilstücken 4 und 5 an. In dem Magneten 1 ist eine zylindrische
Öffnung 6 vorhanden, in der ein Kern 7 aus ferromagnetischem Material angebracht
ist, in dem der Kraftlinienweg parallel zur Kraftlinienrichtung im Magneten verläuft
und der mit dem ferromagnetischen Teil .t verbunden ist. Gemäß der Erfindung besteht
der Dauermagnet i aus einem Material mit als für die ferromagnetischen Eigenschaften
wesentlichem Bestandteil einfachen Kristallen und/oder Mischkristallen mit Magnetoplumbitstruktur
der Zusammensetzung Me0-6 Fez 03, wobei Me mindestens eines der Metalle Pb, Ba,
Sr und gegebenenfalls Ca bezeichnet. Ferner ist gemäß der Erfindung der ferromagnetische
Kern 7 in einem Abstand 8 vom Magneten i angeordnet, der kleiner ist als die Hälfte,
vorzugsweise
kleiner als ein Viertel der Magnetlänge 9, z. B. gleich
der Länge des Luftspaltes io. Der Luftspalt io ist hier ringförmig, wenigstens in
der Nähe des Randes ii des Magneten i, und stößt sogar an diesen Rand an. Im vorliegenden
Beispiel ist eine Spule 12 einer Membran 13 eines elektrodynamischen Lautsprechers
im Luftspalt io angeordnet. Diese Bauart ist sehr gedrängt, da der Kern 7 in besonders
geringer Entfernung 8 vom Magneten angeordnet ist, so daß der schädliche Raum beschränkt
bleibt. Es hat sich herausgestellt, daß die beiden scheibenförmigen Teile 4. und
5 einen kleineren Außendurchmesser haben können als der Durchmesser des Magneten
i, ohne daß das Feld im Luftspalt verringert wird. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen,
daß die im dargestellten Fall am Außenrand des Magneten auftretende Streuung nicht
vergrößert wird, wenn das Weicheisen an dieser Stelle entfernt wird. Auf diese Weise
kann sich eine Weicheisenersparnis von etwa 2o % in den Teilen 4 und 5 ergeben.
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Dabei kann eine ungewöhnliche Erscheinung auftreten; d. h., bei einer
geringen Verkleinerung des Außendurchmessers der scheibenförmigen Teile. und 5 kann
zunächst eine Zunahme der Feldstärke im Luftspalt io und bei weiterer Herabminderung
wieder eine Abnahme der Feldstärke festgestellt werden.
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In Fig.2 ist die Streuung wesentlich geringer als in Fig. z, da der
Luftspalt io am Außenrand 14 des Magneten i liegt und die mittlere Öffnung 6 der
Fig. i fehlt. In Fig. i findet nämlich infolge der geringen Länge des Magneten i
eine Streuung am Außenrand 14 statt, die gestrichelt dargestellt ist und nicht ausgenutzt
wird. In Fig. 2 wird diese Streuung jedoch zu einem großen Teil im ferromagnetischen
Teil 4. gehalten und somit im Luftspalt io ausgenutzt, da infolge der massiven Bauart
der Scheibe i nur am Außenrand der Scheibe i Streuung auftritt. In gewissen Fällen
kann es bei der Ausführungsform nach Fig.2 von Nachteil sein, daß der ringförmige
Luftspalt io einen großen Durchmesser hat, da dieser an den Durchmesser des Magneten
i gebunden ist. Dieser Nachteil tritt jedoch bei Fig. i nicht auf.
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Eine andere Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 2 ist in Fig.
3 dargestellt, wobei die Weicheisenplatte 5 einen größeren Durchmesser als der Magnet
i hat, und der Luftspalt io trotzdem in der Nähe des Magneten vorhanden ist. Nach
Fig. 4. ist der Luftspalt io in der Mitte des Magneten i angeordnet.
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Fig. 5 stellt eine Ausführungsform der in Fig. i dargestellten Art
dar, aber hier liegt der mittlere Kern 7 praktisch am Magneten i an.
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Fig. 6 stellt eine Abart dieser Ausbildung dar. Fig. 7 zeigt eine
Magnetkreisanordnung von der Art nach Fig. 2, bei der jedoch ein Teil des parallel
zur Magnetisierungsrichtung verlaufenden Weicheisenabschnittes am Magneten praktisch
anliegt.
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Die Fig.8 und 9 stellen ähnliche Abarten der F ig. 3 und 4. dar, wobei
praktisch jede Streuung in den Luftspalt gelangt und die Bauart weitestgehend gedrängt
ist, so daß kein schädlicher Raum vorhanden ist.
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Nach den Fig. i, z, 5 und 7 stößt der Luftspalt io an den Magneten
i an, wodurch sich wieder eine Verringerung der Streuung außerhalb des Luftspalts
ergibt. Schließlich stellt Fig. io noch eine andere Ausführungsform dar.
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Trotz der Tatsache, d'aß der `'Teicheisenteil 4 unmittelbar um den
Magneten i herum sich sogar bis jenseits der anderen Poloberfläche 3 erstreckt,
findet kein magnetischer Kurzschluß statt. In den Fig. 6 und 8 bis io wird der Luftspalt
praktisch vom Magneten begrenzt.
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Fig. i i stellt U-förmige magnetische Kreise dar, bei denen der Weicheisenteil
i i aus einem einzigen Stück besteht und an der unteren Polfläche 2 des Magneten
i anliegt und der Luftspalt io zwischen dem Teil i i und der Magnetpolfläche 3 gebildet
wird. Ein solches System kann z. B. als Bremsmagnet für ein Ferrarismeßgerät verwendet
werden.
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Eine Abart dieser Ausführung ist in Fig. 12 dargestellt, wobei der
Luftspalt io zwischen den beiden Dauermagneten 14 und 15 liegt. Hier wird
der Luftspalt von einer ganzen Poloberfläche oder von zwei ganzen Poloberflächen
begrenzt.
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Die beschriebenen Magnetkreisanordnungen eignen sich vorzüglich zur
Anwendung in Meßgeräten und Lautsprechern. Ein einfaches Magnetfilter. z. B. ein
Ölfilter, kann durch eine Kombination einer Anzahl gleichachsig angeordneter Kreise
nach Fig. 8, 9, 1i oder 12 hergestellt werden.