DE976970C

DE976970C - Mit einem Luftspalt versehener, annaehernd geschlossener und gegebenenfalls aus mehreren Teilen bestehender ferromagnetischer Kern

Info

Publication number: DE976970C
Application number: DEN4379A
Authority: DE
Inventors: Johannes Meyer Cluwen; Arend Thomas Van Urk
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-04-23
Filing date: 1951-09-05
Publication date: 1964-10-01
Also published as: GB708133A; FR1041523A; NL81703C

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 1. OKTOBER 1964

N 4379 VIII c/2ig

Eindhoven (Niederlande)

sind als Erfinder genannt worden

ferromagnetischer Kern

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einem Arbeitsluftspalt versehenen, annähernd geschlossenen und gegebenenfalls aus mehreren Teilen bestehenden ferromagnetischen Kern aus hochpermeablem Material, in welchem mit Hilfe einer oder mehrerer Wicklungen ein magnetisches Erregerfeld und mittels eines in einem weiteren Spalt vorgesehenen, flachen, quer zu seiner größten Oberfläche magnetisierten und vom Erregerfeld vollständig durchsetzten Dauermagneten aus einem Material mit einer Koerzitivkraft von wenigstens 750 Oersted eine Vormagnetisierung erzeugt ist.

Es ist bereits eine ähnliche Kernanordnung bekannt, bei der aber über das Material des Dauermagneten und seine Magnetisierung nichts ausgesagt ist. Der Dauermagnet liegt hierbei in einem Spalt, der durch Kernflächen begrenzt ist, die kleiner sind als die Querschnittsfläche des ferromagnetischen Kernes im Bereich der Wicklung, und der senkrecht zur Flußrichtung des magnetischen Erregerfeldes bzw. zur Mittellinie des ihn aufnehmenden Kernschenkels angeordnet ist. Die Dicke des hierfür benötigten Dauermagneten ist relativ groß, so daß durch den Dauermagneten ein großer

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magnetischer Widerstand für den Erregernuß entsteht. Ferner läßt sich durch die beschränkte Größe der Polflächen eine ausreichend hohe Vormagnetisierung in vielen. Fällen nicht erreichen. Die Erfindung beseitigt diese Nachteile und bezweckt, im Arbeitsluftspalt ein möglichst großes vormagnetisierendes Feld zu erzeugen und andererseits den magnetischen Widerstand des Kernes, insbesondere den vom Dauermagneten hervorgerufenen, möglichst gering zu halten, damit kleine Stromänderungen eines der Wicklung zugeführten Stromes eine größtmögliche Änderung des magnetischen Erregerfeldes herbeiführen.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Spalt zur Aufnahme des Dauermagneten im wesentlichen parallel zur Mittellinie des den Dauermagneten aufnehmenden Kernschenkels verläuft. Mit anderen Worten sollen also die Polflächen des Dauermagneten im wesentlichen in derjenigen Fluß richtung des magnetischen Erregerfeldes liegen, die in dem annähernd geschlossenen Kern ohne Einfügung eines zusätzlichen Spaltes für den Dauermagneten vorherrscht.

Nach der Lehre der Erfindung kann also ein flacher Dauermagnet mit großen Polflächen im ferromagnetischen Kern untergebracht werden, ohne wesentliche Vergrößerung der Kernabmessungen. Es läßt sich somit eine große Vormagnetisierung erzeugen, ohne daß der magnetische Erregerfeldwiderstand des Kernes wesentlich erhöht wird. Die Erfindung kann bei einem polarisierten Relais Anwendung finden, bei dem z. B. bei einer bestimmten Stromstärke durch die Wicklung das Feld des Dauermagneten ausgeglichen wird und eine geringe Stromänderung ein hinreichend großes Magnetfeld erzeugt, damit der Anker des Relais angezogen wird.

Die Erfindung kann auch bei einem magnetischen Telephon bzw. Mikrophon Anwendung finden. Weiter ist die Erfindung bei einer magnetischen ■ Elektronenlinse anwendbar, bei der sie zu geringen Abmessungen der Spule führt.

Es sei noch erwähnt, daß es bereits bekannt ist, einen mit zwei Wicklungen versehenen, offenen ferromagnetischen Stabkern mittels eines U-förmigen Stahlmagneten vorzumagnetisieren. Der Stabkern ist hierbei zwischen den Schenkeln des Stahlmagneten angeordnet, so daß der magnetische Erregerfluß auch über den Stahlmagneten geht. Hierdurch wird der Erregerfluß aber erheblich gedämpft. Außerdem beansprucht die gesamte Anordnung viel Raum.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein polarisiertes Relais; Fig. 3 zeigt ein magnetisches Telephon bzw. Mikrophon, und

Fig. 4 zeigt eine magnetische Elektronenlinse, bei der Kerne nach der Erfindung angewendet werden.

In Fig. ι sind die Teile des ferromagnetischen Kernes mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Mit 4 ist ein Dauermagnet, mit 5 ein Luftspalt und mit 6 eine Wicklung bezeichnet, die auf dem Schenkel 1 des ferromagnetischen Kernes angeordnet ist. Die Teile 1 und 2 des ferromagnetischen Kernes sind fest angeordnet, der Teil 3 ist beweglich und dient als Anker. Von einer schematisch dargestellten Feder 7 wird dieser Anker 3 gegen einen Kontakt 8 gezogen. Wenn ein die Wicklung 6 durchfließender Strom ein hinreichend großes Magnetfeld im Luftspalt 5 erzeugt, wird sich der Anker 3 zum Kontakt 9 bewegen.

Die Erfindung bezweckt, ein Relais zu schaffen, bei dem die erforderliche Stromänderung zur Ankerverstellung auf ein Minimum beschränkt wird, wobei es nur im Bereich eines bestimmten Nominalstromes ansprechen kann. Zu diesem Zweck wird von einem an sich bekannten Dauermagneten mit einer hohen Koerzitivfeldstärke _BH _c, d. h. höher als 750 Oersted ausgegangen,, so daß der Magnet 4 trotz der geringen Abmessung in Richtung N — 5" seiner Magnetisierung das Feld des die Wicklung 6 durchfließenden Nominalstromes auszugleichen vermag. Dieser Magnet 4, der quer zu seiner größten Oberfläche magnetisiert ist, liegt in einem Spalt zwischen den Kernteilen 1 und 2, der im wesentlichen parallel zur Mittellinie des den Magneten 4 aufnehmenden, aus den horizontalen Abschnitten der Kernteile 1 und 2 bestehenden Kernschenkels verläuft. Der Magnet 4 bildet auf diese Weise einen sehr geringen magnetischen Widerstand im ferromagnetischen Kern 1, 2, 3, so daß eine hohe Empfindlichkeit erreicht wird.

Wird die Feder 7 verhältnismäßig schwach ausgebildet, so wird bei einer bestimmten Stromstärke (Nominalstrom) das Feld H der Wicklung 6 gerade das Magnetfeld H₀ des Magneten 4 ausgleichen, so daß im Luftspalt 5 kein Feld erzeugt wird und die Feder 7 den Anker 3 gegen den Kontakt 8 zieht. Weicht nun der die Wicklung 6 durchfließende Strom um einen geringen Betrag von diesem Wert ab, so wird im Luftspalt 5 ein mit dieser Stromabweichung übereinstimmendes Magnetfeld entstehen, das den Anker 3 gegen den Kontakt 9 zieht. Die Anziehungskraft ist dabei (H— H₀)² proportional, so daß Ströme sowohl kleiner wie auch größer als der Nominalstrom den Anker anziehen lassen.

Man kann das Relais weiter z. B. mit zwei Ankern und zwei gesonderten (nicht dargestellten) ferromagnetischen Teilen ausbilden, deren Vormagnetisierungen ein wenig verschieden sind; in diesem Fall ist z. B. ein Relais erzielbar, bei dem, von den kleinen zu den großen Stromstärken gerechnet, zunächst die beiden Anker angezogen sind; danach fällt der erste Anker ab, dann auch der zweite Anker; darauf wird der erste Anker wieder angezogen, und schließlich sind wieder beide Anker angezogen. Das Relais ist dann z. B. als Maximal-Minimal-Relais geeignet.

Bei dem Relais nach Fig. 2 kommen ebenfalls zwei gesonderte Kernteile 2 und 2' zur Anwendung, bei denen mittels Dauermagneten 4 bzw. 4' in den

Luftspalten S bzw. 5' ζ. B. die Felder H + H₁ bzw. H — H_t erzeugt werden. Die gesamte auf den Anker 3 ausgeübte Kraft wird dann proportional zu (H + H₁Y -(H- H₂Y = (2 H + H₁- H₂) ■ (H₁ + H₂) ■ Sind z. B. die Magnetisierungen N — S der Magneten 4 und 4' gleich groß, so daß die Felder H₁ und H₂ gleich groß sind, so wird sich der Anker 3 bei positiven Strömen in die eine Richtung, bei negativen Strömen in die andere Richtung bewegen.

Gegebenenfalls können die Kernschenkel 2 und 2' in der Nähe voneinander angeordnet werden, wie schematisch in Fig. 2 a dargestellt ist, was eine gedrängte Bauweise ergibt.

Wird die Feder 7 in Fig. 1 sehr stark ausgebildet, so wird ebenfalls, wenn das vom Magneten 4 und von dem die Wicklung 6 durchfließenden Strom zusammen erzeugte Magnetfeld H + H₀ einen bestimmten Wert übersteigt, der Anker 3 angezogen. Auch in diesem Fall wird das Relais beträchtlich empfindlicher, als wenn es ohne Dauermagnet 4 ausgebildet wäre.

In Fig. 3 ist ein magnetisches Telephon dargestellt, bei dem in den Luftspalten 5 und 5' des aus den fest angeordneten Teilen 1 und 2 bzw. 1' und 2' bestehenden ferromagnetisch«! Kernes ein konstantes Magnetfeld H₀ mittels Dauermagneten 4 bzw. 4' mit entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung N — S und ein veränderliches Magnetfeld H mittels der Wicklungen 6 bzw. 6' erzeugt wird. Auf eine in den Luftspalten 5 und 5' angeordnete Membran 3 wird somit eine Kraft proportional zu (H + H₀)² — (H — H₀)² = 4H₀H ausgeübt. Ein derartiges Telephon hat eine sehr große Empfindlichkeit, da sich dem Feld der Wicklungen 6 und 6' ein sehr geringer magnetischer Widerstand entgegensetzt, weil die Magneten 4 und 4' in Richtung ihrer kleinsten Abmessungen magnetisiert sind und große Polflächen aufweisen und andererseits ein großes konstantes FeIdU₀ erzeugen, das jedoch nicht in die Membran 3 eindringt.

Es versteht sich, daß die geschilderte Vorrichtung auch als Mikrophon benutzt werden kann.

In Fig. 4 ist eine magnetische Elektronenlinse dargestellt, die einen ferromagnetischen Kern mit den Teilen 1, 2 und einen Luftspalt S enthält, in dem mittels einer Wicklung 6 ein großes und möglichst zusammengedrängtes Magnetfeld erzeugt werden soll. Um die Abmessungen der Wicklung 6 klein zu halten, ist in den Außenmantel des Kernes wieder ein Dauermagnet 4 aufgenommen,, der einen bedeutenden Teil des erforderlichen Magnetfeldes im Luftspalt 5 erzeugt. Die an diesen Magneten 4 gestellten Anforderungen sind wieder die gleichen wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1. Es kann dabei gegebenenfalls vorteilhaft sein, in den Kern 1, 2 an zwei. Stellen Dauermagneten gleicher Magnetisierungsrichtung einzusetzen.

Ein geeignetes dauermagnetisches Material zur Verwendung in Kernen nach der Erfindung ist zusammengesetzt aus im wesentlichen nicht kubischen Kristallen von Polyoxyden von Eisen und wenigstens einem Oxyd der Metalle Barium, Strontium, Blei und gegebenenfalls Calcium. Dieses Material hat dank seiner nicht kubischen Kristallstruktur den besonderen Vorteil, daß es nicht leitend ist und sich schwer entmagnetisieren läßt, was insbesondere bei Verwendung in einem magnetischen Telephon oder Mikrophon wichtig ist. Für dieses Material wird im Rahmen der Erfindung kein Schutz beansprucht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mit einem Arbeitsluftspalt versehener, annähernd geschlossener und gegebenenfalls aus mehreren Teilen bestehender ferromagnetischer Kern aus hochpermeablem Material, in welchem mit Hilfe einer oder mehrerer Wicklungen ein magnetisches Erregerfeld und mittels eines in einem weiteren Spalt vorgesehenen, flachen, quer zu seiner größten Oberfläche¹ magnetisierten und vom Erregerfeld vollständig durchsetzten Dauermagneten aus einem Material mit einer Koerzitivkraft von wenigstens 750 Oersted eine Vormagnetisierung erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zur Aufnahme des Dauermagneten im wesentlichen parallel zur Mittellinie des den Dauermagneten aufnehmenden Kernschenkels verläuft.

2. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch 1 für ein polarisiertes Relais, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaisanker (3) unter dem Einfluß einer verhältnismäßig schwachen Feder

(7) steht, wobei er nur bei demjenigen Strom nicht angezogen wird, bei dem das Feld der Wicklung (6) das Feld des Dauermagneten (4) ausgleicht (Fig. 1).

3. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch 1 für ein polarisiertes Relais, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anker (3) und den Schenkeln (2, 2') des ferromagnetischen Kernes zwei Luftspalte (5, 5') angeordnet sind, in denen mittels zweier Dauermagneten (4, 4') verschiedene vormagnetisierende Felder erzeugt werden (Fig. 2).

4. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch 1 für eine magnetische Elektronenlinse, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (4) in einem Spalt des ferromagnetischen Außenmantels (1, 2) dieser Linse aufgenommen ist (Fig. 4).

5. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch 1 für ein magnetisches Telephon oder Mikrophon, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membran (3) und Teilen (1, 1') des ferromagnetischen Kernes zwei Luftspalte (5, 5') angeordnet sind, in denen mittels zweier in einem Spalt des ferromagnetischen Kernes angebrachter Dauermagneten (4, 4') vormagnetisierende Felder erzeugt werden, die eine entgegengesetzte Anziehungskraft auf die Membran ausüben, wobei in wenigstens einem der geschlossenen Magnetkreise, der von der Membran, einem Luftspalt, den ferromagnetischen Kernteilen und einem der Dauermagneten gebildet wird, eine Magnetwicklung (6 oder 6') angeordnet ist (Fig· 3)·

6. Ferromagnetischer Kern nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet aus im wesentlichen nicht kubischen Kristallen von PoIyoxyden des Eisens und wenigstens einem Oxyd der Metalle Barium, Strontium, Blei und gegebenenfalls Calcium zusammengesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 667 646;
schweizerische Patentschrift Nr. 261 748;
britische Patentschriften Nr. 406 086, 463 783; »Archiv für technisches Messen«, Mai 1950,
Z 912-3;

»VDE Fachberichte«, 1950, S. 43;

Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 1942, S. 533 bis 547;

Fischer: »Abriß der Dauermagnetkunde«, 1949, S. 215/216; ao

»Indiana Permanent Magnet Manuel Nr. 4«, 1948, S. 17 und 21;

»Electronics«, Januar 1948, S. 122, 123,

»Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan«, 1935, S. 408 bis 412; 25

Roter: »Electromagnetic Devices«, 1941, S. 114/115.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 846 863, 862 033. 30

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen