EP0018352B1

EP0018352B1 - Electric device or machine

Info

Publication number: EP0018352B1
Application number: EP80890040A
Authority: EP
Inventors: J. Milton Dr. Prof. Bailey; Igor Dr. Prof. Alexeff; H. Werner Dr. Kreidl
Original assignee: Motor Magnetics Inc
Current assignee: Motor Magnetics Inc
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1984-08-01
Also published as: DE3068769D1; EP0018352A1; US4479103A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung oder Maschine mit wenigstens einer einen Elektromagnet und einen Permanentmagnet aufweisenden Magnetanordnung, wobei der Permanentmagnet mit seinen Polflächen beiderseits der Wicklung des Elektromagneten am Kern desselben anliegt und die Enden des Kernes des Elektromagneten die Polschuhe der Magnetanordnung bilden oder tragen und wobei, bezogen auf den erregten Zustand des Elektromagneten, die Pole des Permanentmagneten den gleichnamigen Polen des Elektromagneten benachbart sind.The invention relates to an electrical device or machine with at least one magnet arrangement having an electromagnet and a permanent magnet, the permanent magnet with its pole faces resting on both sides of the winding of the electromagnet on the core thereof and the ends of the core of the electromagnet forming or carrying the pole shoes of the magnet arrangement and wherein , based on the excited state of the electromagnet, the poles of the permanent magnet are adjacent to the poles of the same name of the electromagnet.

In einer solchen Magnetanordnung ist bei unerregtem Elektromagnet der magnetische Kreis für den Permanentmagnet über die Schenkel und das Joch des Elektromagneten geschlossen, so dass der von den Polschuhen der Magnetanordnung ausgehende äussere magnetische Fluss im wesentlichen Null ist. Bei zunehmender Erregung des Elektromagneten in dem Sinne, dass an den den Polen des Permenentmagneten benachbarten Enden des Kernes des Elektromagneten gleichnamige Pole entstehen, wird der magnetische Fluss durch die Polschuhe in den äusseren Kreis gedrängt und solcherart der magnetische Fluss des Elektromagneten dem magnetischen Fluss des Permanentmagneten überlagert.In such a magnet arrangement, when the electromagnet is not excited, the magnetic circuit for the permanent magnet is closed via the legs and the yoke of the electromagnet, so that the external magnetic flux emanating from the pole pieces of the magnet arrangement is essentially zero. With increasing excitation of the electromagnet in the sense that poles of the same name are formed at the ends of the core of the electromagnet that are adjacent to the poles of the permanent magnet, the magnetic flux is pushed into the outer circle by the pole shoes, and so the magnetic flux of the electromagnet and the magnetic flux of the permanent magnet overlaid.

Eine Anordnung der eingangs angegebenen Art ist aus der US-A-4132 911 bekannt. Hiebei liegen die mit ihren einen Enden die Polschuhe bildenden oder tragenden Schenkel der Magnetanordnung mit ihren anderen Enden seitlich an den Polenden des Permanentmagneten an und jedes Ende des Kernes des Elektromagneten liegt jeweils an einem Schenkel zwischen dessen beiden Enden an. Die Anordnung des Permanentmagneten an den von den Polflächen abgewendeten Enden der Weicheisenschenkel und der seitliche Anschluss der Weicheisenschenkel an den Permanentmagneten haben verhältnismässig hohe Verluste durch magnetische Streuung zur Folge, zumal der eine dicke Wicklung tragende Kern des Elektromagneten wegen der Dimensionen dieser Wicklung in einem entsprechenden Abstand von den Polenden der Weicheisenschenkel an diese angeschlossen sein muss.An arrangement of the type specified at the outset is known from US-A-4132 911. The legs of the magnet arrangement which form or support the pole shoes lie at one end with the other ends laterally against the pole ends of the permanent magnet and each end of the core of the electromagnet lies against a leg between its two ends. The arrangement of the permanent magnet at the ends of the soft iron legs facing away from the pole faces and the lateral connection of the soft iron legs to the permanent magnet result in relatively high losses due to magnetic scattering, especially since the core of the electromagnet carrying a thick winding is at a corresponding distance due to the dimensions of this winding of the pole ends of the soft iron legs must be connected to them.

Eine ähnliche aussehende, jedoch eine andere Funktion aufweisende Anordnung bildet den Gegenstand der DE-A-1 439 088. Bei dieser Anordnung liegt ein als Hauptmagnet bezeichneter Permanentmagnet mit seinen Polflächen an einem eine Wicklung tragenden Joch aus einem permanentmagnetischen Werkstoff an, dessen freie Enden Polschuhe bilden. Durch Hindurchleiten eines Stromimpulses durch die Wicklung in der einen oder in der anderen Richtung wird das Joch entsprechend magnetisiert und soll wie ein in Serie mit dem Hauptmagneten geschalteter zweiter Magnet wirken.A similar looking arrangement, but with a different function, is the subject of DE-A-1 439 088. In this arrangement, a permanent magnet referred to as the main magnet rests with its pole faces on a yoke carrying a winding made of a permanent magnetic material, the free ends of which pole shoes form. By passing a current pulse through the winding in one or the other direction, the yoke is magnetized accordingly and is intended to act like a second magnet connected in series with the main magnet.

Ähnliches gilt für den Gegenstand der GB-A-898 502. Hiebei sind zwischen zwei Weicheisenschenkeln in einem Abstand und parallel zueinander zwei Permanentmagnete angeordnet. Einer der beiden Permanentmagnete trägt eine Wicklung, durch welche ein Stromimpuls in der einen oder in der anderen Richtung hindurchgeleitet werden kann, wodurch die Magnetisierungsrichtung dieses Permanentmagneten jeweils bis zum Auftreten eines neuerlichen entgegengesetzten Stromimpulses bleibend umgekehrt werden soll.The same applies to the subject of GB-A-898 502. Hiebei two permanent magnets are arranged between two soft iron legs at a distance and parallel to each other. One of the two permanent magnets has a winding through which a current pulse can be passed in one or the other direction, so that the direction of magnetization of this permanent magnet is to be permanently reversed until a new, opposite current pulse occurs.

Ähnlich wie bei der vorher erwähnten US-A-4132 911 ist auch gemäss der US-A-4 064 442 die Anordnung so getroffen, dass der Permanentmagnet an den polfernen Enden der Schenkel anliegt und der Kern des Elektromagneten näher bei deren Polenden anliegt. Auch in diesem Fall ist an und für sich mit grösseren Streuungsverlusten zu rechnen und zu beachten, dass der Kern des Elektromagneten wegen der Abmessungen seiner Wicklung nicht beliebig nahe an die Polenden der Schenkel herangerückt werden kann. In der Beschreibung dieser Patentschrift, Spalte 2, Zeilen 34 bis 37, ist darauf hingewiesen, dass die Querschnitte der Schenkel unter Berücksichtigung der Summe der Flüsse beider Magneten dimensioniert worden sind, so dass die Sättigung nicht erreicht wird. Dies erfordert einen entsprechenden Materialaufwand und hat ein entsprechendes Gewicht der Anordnung zur Folge.Similar to the previously mentioned US-A-4132 911, the arrangement according to US-A-4 064 442 is such that the permanent magnet rests on the ends of the legs remote from the pole and the core of the electromagnet rests closer to the pole ends thereof. In this case too, larger scatter losses can be expected and it should be noted that the core of the electromagnet cannot be moved as close to the pole ends of the legs as desired due to the dimensions of its winding. In the description of this patent specification, column 2, lines 34 to 37, it is pointed out that the cross sections of the legs have been dimensioned taking into account the sum of the fluxes of both magnets, so that saturation is not achieved. This requires a corresponding amount of material and has a corresponding weight of the arrangement.

Die Erfindung zielt darauf ab, Material und Gewicht der bekannten Magnetanordnungen zu reduzieren und dennoch eine gute Ausnützung der überlagerten Flüsse beider Magneten zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Permanentmagnet mit seinen Polflächen am Kern nahe bei dessen Enden anliegt, dass der magnetische Widerstand des Kraftlinienweges zwischen den am Luftspalt liegenden Polflächen der Magnetanordnung und dem Permanentmagnet nur einem Bruchteil des magnetischen Widerstandes des Kraftlinienweges im Joch des Elektromagneten zwischen den anliegenden Enden des Permanentmagneten entspricht, das der Maximalwert des Erregerstromes des Elektromagneten ausreichend, aber nicht grösser ist, als zum Erreichen des dem Knie der Kommutierungskurve entsprechenden ersten, praktischen Sättigungswertes der magnetischen Induktion in den Polenden des Kernes der Magnetanordnung bei Abwesenheit des Permanentmagneten erforderlich ist, und dass der Querschnitt der Polschuhe kleiner ist als die Summe aus einerseits dem Querschnitt, der zum Leiten des magnetischen Flusses des voll erregten Elektromagneten allein erforderlich wäre, und anderseits dem Querschnitt, der bei dem ersten, praktischen Sättigungswert zum Leiten des magnetischen Flusses des Permanentmagneten allein erforderlich wäre.The aim of the invention is to reduce the material and weight of the known magnet arrangements and still enable the superimposed fluxes of both magnets to be used effectively. This object is achieved according to the invention in that the permanent magnet rests with its pole faces on the core close to its ends, that the magnetic resistance of the force line path between the pole faces of the magnet arrangement lying at the air gap and the permanent magnet is only a fraction of the magnetic resistance of the force line path in the yoke of the electromagnet between the adjacent ends of the permanent magnet corresponds to the fact that the maximum value of the excitation current of the electromagnet is sufficient, but not greater than to achieve the first practical saturation value of the magnetic induction in the pole ends of the core of the magnet arrangement corresponding to the knee of the commutation curve in the absence of the Permanent magnet is required, and that the cross section of the pole pieces is smaller than the sum of, on the one hand, the cross section that would be required to conduct the magnetic flux of the fully excited electromagnet alone, and on the other hand the cross cut that would be required at the first practical saturation value to conduct the magnetic flux of the permanent magnet alone.

Der Permanentmagnet, der keine Wicklung trägt, kann sehr nahe bei den Polenden des Kernes angeordnet werden, wobei er in günstiger Weise Streuungsverluste des Elektromagneten kompensiert und der kurze Bereich der Polenden, welcher bei erregtem Elektromagnet eine erhöhte Flussdichte führt, ökonomisch ausgenützt wird.The permanent magnet, which does not have a winding, can be arranged very close to the pole ends of the core, whereby it advantageously compensates for scattering losses of the electromagnet and the short region of the pole ends, which leads to an increased flux density when the electromagnet is excited, is used economically.

Bei der bekannten Anordnung mit entsprechend vergrössertem Querschnitt der Schenkel, an deren polfernen Enden der Permamentmagnet angeschlossen ist, kann zwar elektrische Energie für die Erregung des Elektromagneten eingespart werden, die zur Erzielung eines gewünschten magnetischen Flusses erforderliche Materialmenge sowie die Grösse und das Gewicht einer mit einer derartigen Magnetanordnung ausgestatteten elektrischen Vorrichtung oder Maschine können aber nicht herabgesetzt werden.In the known arrangement with a correspondingly enlarged cross-section of the legs, to the pole ends of which the permanent magnet is connected, electrical energy for exciting the electromagnet can be saved, the amount of material required to achieve a desired magnetic flux, and the size and weight of one with a However, electrical devices or machines equipped with such a magnet arrangement cannot be reduced.

Für Berechnungen wird als erster, praktischer Sättigungswert im Elektromaschinenbau vielfach eine magnetische Induktion von 0,5 bis 0,7 Tangenommen. Beim Überschreiten dieser Grenze wird im Elektromaschinenbau im allgemeinen der technische Aufwand unökonomisch.Magnetic induction of 0.5 to 0.7 T is often accepted as the first practical saturation value in electrical engineering. When this limit is exceeded, the technical effort in general becomes uneconomical in electrical engineering.

Die erfindungsgemässe Magnetanordnung ist für alle elektromagnetischen Vorrichtungen und elektrischen Maschinen nützlich, bei welchen ein Magnetfeld mit hohen Induktionswerten erforderlich ist, insbesondere wenn das Magnetfeld zwischen Null und einem Maximalwert periodisch veränderbar sein soll.The magnet arrangement according to the invention is useful for all electromagnetic devices and electrical machines in which a magnetic field with high induction values is required, in particular if the magnetic field is to be periodically changeable between zero and a maximum value.

Bei rotierenden elektrischen Maschinen kann die Erfindung im Stator und im Rotor oder nur in einem der beiden Teile angewendet werden.In the case of rotating electrical machines, the invention can be applied in the stator and in the rotor or only in one of the two parts.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich bei elektromagnetischen Vorrichtungen, wie Hubmagneten, Relais und magnetischen Separatoren zum Zurückhalten und Absondern ferromagnetischer Teilchen aus Strömungsmedien. Eine besonders gute Ausnützung des Magnetkreises ist dadurch erzielbar, dass die Querschnittfläche der Polschuhe bzw. der Enden des Kernes des Elektromagneten eine solche Grösse hat, dass bei voller Erregung des Elektromagneten der doppelte Betrag der dem dem Knie der Kommutierungskurve entsprechenden ersten, praktischen Sättigungswert entsprechenden magnetischen Induktion auftritt.Further possible applications of the invention result in electromagnetic devices, such as solenoids, relays and magnetic separators for retaining and separating ferromagnetic particles from flow media. A particularly good utilization of the magnetic circuit can be achieved in that the cross-sectional area of the pole shoes or the ends of the core of the electromagnet is of such a size that, when the electromagnet is fully excited, twice the amount of the magnetic first practical saturation value corresponding to the knee of the commutation curve Induction occurs.

Eine ökonomische Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung ergibt sich, wenn der Querschnitt der Polschuhe gleich oder kleiner als zwei Drittel und grösser als ein Drittel, vorzugsweise zwei Drittel der Summe der Querschnitte ist.An economical design of the device according to the invention results if the cross section of the pole shoes is equal to or less than two thirds and greater than one third, preferably two thirds of the sum of the cross sections.

Bei einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung oder Maschine ist der Querschnitt des die Wicklung tragenden Joches des Elektromagneten dem Querschnitt des Permanentmagneten in magnetischer Hinsicht angepasst, so dass das Joch des unerregten Elektromagneten durch den magnetischen Fluss des Permanentmagneten annähernd auf dem dem Knie der Kommutierungskurve entsprechenden ersten, praktischen Sättigungswert gesättigt ist. Dadurch ist der magnetische Kreis des an den Schenkeln bzw. Polschuhen des Elektromagneten unmittelbar anliegenden Permanentmagneten über die Schenkel und das Joch des unerregten Elektromagneten geschlossen und aus den Polflächen der Polschuhe der Magnetanordnung tritt kein nennenswerter magnetischer Fluss in den äusseren magnetischen Kreis aus, zumal der äussere magnetische Kreis bei rotierenden elektrischen Maschinen auf jeden Fall, aber auch bei den meisten anderen elektrischen Vorrichtungen und Maschinen einen den magnetischen Widerstand vergrössernden Luftspalt aufweist. Eine Erregung des Elektromagneten bewirkt im Joch einen dem vom Permanentmagneten verursachten magnetischen Fluss entgegengerichteten Fluss und es kommt dann durch die Überlagerung beider Flüsse ein magnetischer Fluss im äusseren magnetischen Kreis zustande.In a favorable embodiment of the device or machine according to the invention, the cross section of the yoke of the electromagnet carrying the winding is magnetically matched to the cross section of the permanent magnet, so that the yoke of the non-energized electromagnet due to the magnetic flux of the permanent magnet is approximately on the first corresponding to the knee of the commutation curve , practical saturation value is saturated. As a result, the magnetic circuit of the permanent magnet lying directly on the legs or pole pieces of the electromagnet is closed via the legs and the yoke of the unexcited electromagnet, and no significant magnetic flux escapes from the pole faces of the magnet arrangement into the outer magnetic circuit, especially the outer one magnetic circuit in rotating electrical machines in any case, but also in most other electrical devices and machines has an air gap which increases the magnetic resistance. Excitation of the electromagnet causes a flux in the yoke that is opposite to the magnetic flux caused by the permanent magnet, and the superposition of both fluxes then creates a magnetic flux in the outer magnetic circuit.

Der optimale Effekt der Magnetanordnung ist erzielbar, wenn im Betrieb der Elektromagnete zum Liefern eines dem magnetischen Fluss des Permanentmagneten etwa gleichen magnetischen Flusses erregt ist. Wenn solcherart der voll erregte Elektromagnet und der Permanentmagnet annähernd gleiche Beiträge zum gesamten magnetischen Fluss liefern, ist der magnetische Fluss im äusseren Kreis zwischen nahezu Null und annähernd dem doppelten Wert des vom Permanentmagneten gelieferten magnetischen Flusses steuerbar.The optimal effect of the magnet arrangement can be achieved if, during operation, the electromagnet is excited to supply a magnetic flux which is approximately the same as the magnetic flux of the permanent magnet. If the fully excited electromagnet and the permanent magnet thus make approximately equal contributions to the total magnetic flux, the magnetic flux in the outer circuit can be controlled between almost zero and approximately twice the value of the magnetic flux supplied by the permanent magnet.

Die magnetische Energie ist dem Quadrat des magnetischen Flusses bzw. der magnetischen Induktion proportional. Zur Illustration wird auf nachstehende, in der Praxis verwendete Näherungsformel für die Tragkraft eines Hubmagneten verwiesen:

worin A die Polfläche in m², B die magnetische Induktion in T und F die Tragkraft in N bedeuten. Die magnetische Induktion eines mit Gleichstrom zu betreibenden Hubmagneten braucht nur zwischen Null und einem möglichst grossen Wert in einer einzigen Magnetisierungsrichtung geändert zu werden und hiebei ist die Erfindung zum Einsparen von elektrischer Energie und Materialaufwand für die den magnetischen Fluss leitenden Teile der Magnetanordnung sowie deren Kupferwicklung vorteilhaft anwendbar. Theoretisch ist mit dem gleichen Erregerstrom wie für einen Elektromagneten ohne zusätzlichen Permanentmagnet durch die Erfindung eine Verdoppelung des magnetischen Flusses und somit die vierfache Tragkraft erzielbar. In durchgeführten Versuchen wurde mit der erfindungsgemässen Magnetanordnung bei gleichem Erregerstrom wie für eine entsprechende Anordnung ohne Permanentmagnet eine Erhöhung des magnetischen Flusses um 60% erreicht.The magnetic energy is proportional to the square of the magnetic flux or the magnetic induction. For illustration, reference is made to the following approximation formula used in practice for the lifting capacity of a lifting magnet:

where A is the pole area in m ² , B is the magnetic induction in T and F is the load capacity in N. The magnetic induction of a solenoid to be operated with direct current need only be changed between zero and a value as large as possible in a single magnetization direction, and the invention is advantageous for saving electrical energy and material expenditure for the parts of the magnet arrangement which conduct the magnetic flux and their copper winding applicable. Theoretically, with the same excitation current as for an electromagnet without an additional permanent magnet, the invention allows the magnetic flux to be doubled and thus four times the load capacity. In experiments carried out, an increase in the magnetic flux of 60% was achieved with the magnet arrangement according to the invention with the same excitation current as for a corresponding arrangement without a permanent magnet.

In Filtereinrichtungen zum Absondern von aus ferromagnetischem Material bestehenden Teilchen aus Strömungsmedien finden lose Bündel von Stäben oder Drähten aus ferromagnetischen Material Verwendung, die während eines Abscheidezyklus stark magnetisierbar sind, um Teilchen magnetisch anzuziehen und festzuhalten, und die während eines nachfolgenden Spülzyklus entmagnetisiert sind. Eine hiefür geeignete erfindungsgemässe Magnetanordnung besteht aus^-je einem Weicheisenstab und einem parallel zu diesem angeordneten stabförmigen Permanentmagnet, welche beide von einer Wicklung umgeben sind, wobei die Pole des Permanentmagneten ausserhalb der Enden der Wicklung am Weicheisenstab anliegen. Eine andere Möglichkeit besteht bei Beibehaltung einer Matrix von Weicheisendrähten in der erfindungsgemässen Ausbildung des das Drahtbündel umgebenden äusseren Magnetsystems mit Permanentmagnet und Elektromagnet.In filter devices for separating particles made of ferromagnetic material from flow media, loose bundles of rods or wires made of ferromagnetic material are used which are highly magnetizable during a deposition cycle to magnetically attract and hold particles, and which are demagnetized during a subsequent rinsing cycle. A magnet arrangement according to the invention which is suitable for this purpose consists of ^- a soft iron rod and a rod-shaped permanent arranged parallel to the latter magnet, both of which are surrounded by a winding, the poles of the permanent magnet resting on the soft iron rod outside the ends of the winding. Another possibility is to maintain a matrix of soft iron wires in the inventive design of the outer magnet system surrounding the wire bundle with permanent magnet and electromagnet.

Die Erfindung ist auch in rotierenden elektrischen Maschinen vorteilhaft einsetzbar. Hiebei ist zu berücksichtigen, dass für Magnetkreise der Maschine, welche ein konstantes oder pulsierendes Gleichfeld erzeugen sollen, die erfindungsgemässe Magnetanordnung ohne weiteres anwendbar ist, wogegen in beiden Magnetisierungsrichtungen zu betreibende Magnetkreise der Maschine mit einer erfindungsgemässen Magnetanordnung nur in einer Halbwelle betrieben werden können, so dass für einen Vollwellenbetrieb zwei erfindungsgemässe Magnetanordnungen erforderlich sind. Auf Grund der durch die Erfindung theoretisch möglichen Vergrösserung der magnetischen Energie um den Faktor Vier ist aber auch im Falle einer notwendigen Verdoppelung der Anzahl der Magnetanordnungen und demnach Halbierung des Faktors Vier auf einen Wert Zwei noch immer eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Magnetanordnungen gegeben. Bezogen auf den Aufwand an Eisen und Kupfer ist beispielsweise bei einem Elektromotor durch die Anwendung der Erfindung eine Verdoppelung des Drehmomentes gegenüber einem herkömmlichen Motor möglich, wobei ausserdem infolge der geringeren Eisenmasse die durch Änderung der Magnetisierung bedingten sogenannten Eisenverluste herabgesetzt sind.The invention can also be used advantageously in rotating electrical machines. It must be taken into account here that for magnetic circuits of the machine which are to generate a constant or pulsating DC field, the magnet arrangement according to the invention can be used without any problems, whereas magnetic circuits of the machine to be operated in both magnetization directions can only be operated in one half-wave with a magnet arrangement according to the invention, so that two magnet arrangements according to the invention are required for full-wave operation. Because of the theoretically possible enlargement of the magnetic energy by a factor of four, there is still an improvement over conventional magnet arrangements even if the number of magnet arrangements needs to be doubled and the factor four is halved to a value of two. In relation to the expenditure of iron and copper, for example in the case of an electric motor, the application of the invention enables the torque to be doubled compared to a conventional motor, the so-called iron losses caused by the change in magnetization also being reduced due to the lower iron mass.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Magnetanordnung mit dem Vorteil einer Verringerung des Material und/oder Energieaufwandes liegen auf dem Gebiet der Teilchenbeschleuniger, wie Betatrons, lonen- und Plasmabeschleuniger.Further possible uses of the magnet arrangement according to the invention with the advantage of reducing the material and / or energy expenditure are in the field of particle accelerators, such as betatron, ion and plasma accelerators.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Magnetanordnung für eine elektrische Vorrichtung oder Maschine,
Fig. 2 eine Versuchsanordnung zum Messen der Verteilung der magnetischen Induktion in einem Luftspalt,
Fig. 3 ein Diagramm von mit der Anordnung gemäss Fig. 2 erhaltenen Messwerten,
Fig. 4 eine Versuchsanordnung zur Untersuchung einer Magnetanordnung mit Wechselstromhalbwellen,
Fig. 5 eine weitere Magnetanordnung, die Fig. 6, 7 und 8 Diagramme zur Erklärung der wesentlichen Eigenschaften der Erfindung,
Fig. 9 die erfindungsgemässe Ausbildung eines Statormagnetpaares für eine rotierende elektrische Maschine,
Fig. 10 einen magnetischen Separator,
Fig. 11 ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm eines Gleichstrommotors bei drei verschiedenen Feldströmen jeweils mit und ohne Permanentmagnet,
Fig. 12 ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm zum Vergleich eines herkömmlichen Gleichstrommotors und eines mit einer erfindungsgemässen Magnetanordnung zur Felderzeugung ausgestatteten Gleichstrommotors,
Fig. 13 ein Diagramm der mit und ohne Permanentmagnet in Abhängigkeit vom Feldstrom erzielten Luftspaltinduktion bei einer ersten Versuchsausführung einer erfindungsgemässen Gleichstrommaschine und
Fig. 14 ein ähnliches Diagramm der mit und ohne Permanentmagnet in Abhängigkeit von der Speisespannung der Feldspule erzielten Luftspaltinduktion einer zweiten Versuchsausführung einer erfindungsgemässen Gleichstrommaschine.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

1 shows a schematic illustration of the magnet arrangement according to the invention for an electrical device or machine,
2 shows an experimental arrangement for measuring the distribution of the magnetic induction in an air gap,
3 shows a diagram of measured values obtained with the arrangement according to FIG. 2,
4 shows an experimental arrangement for examining a magnet arrangement with alternating current half-waves,
5 shows a further magnet arrangement, FIGS. 6, 7 and 8 diagrams for explaining the essential properties of the invention,
9 shows the design according to the invention of a pair of stator magnets for a rotating electrical machine,
10 shows a magnetic separator,
11 is a torque-speed diagram of a DC motor with three different field currents, each with and without a permanent magnet,
12 shows a torque-speed diagram for comparing a conventional direct current motor and a direct current motor equipped with a magnet arrangement according to the invention for field generation,
13 shows a diagram of the air gap induction achieved with and without permanent magnet as a function of the field current in a first test execution of a DC machine according to the invention and
14 shows a similar diagram of the air gap induction achieved with and without a permanent magnet as a function of the supply voltage of the field coil, in a second test embodiment of a DC machine according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Magnetanordnung weist einen Elektromagnet 1 und einen Permanentmagnet 2 auf. Der Elektromagnet besitzt ein mit einer Wicklung 3 versehenes Joch 4 aus ferromagnetischem Material. An jeder der beiden Stirnflächen des Joches 4 liegt ein Schenkel 5 bzw. 6 aus ferromagnetischem Material dicht an. Die freien Enden der Schenkel 5 und 6 stellen Polschuhe 7 bzw. 8 dar. In Fig. 1 ist jeder Polschuh mit dem zugehörigen Schenkel einstückig dargestellt. Selbstverständlich könnten aber auch gesonderte Polschuhe aus einem vom Material der Schenkel abweichenden ferromagnetischen Material und bzw. oder mit einer besonderen geometrischen Form stumpf an den Schenkelenden anliegen. Der Permanentmagnet 2 ist zwischen den Schenkeln 5 und 6 des Elektromagneten an diesen mit seinen Stirnflächen dicht anliegend eingesetzt. Gegenüber den Polflächen der Polschuhe 7 und 8 der Magnetanordnung befindet sich ein Anker 9 aus ferromagnetischem Material, wobei zwischen den Polflächen und dem Anker beiderseits ein Luftspalt 10 bzw. 11 vorhanden ist. Ein solcher Luftspalt ist bei rotierenden elektrischen Maschinen mit gegeneinander bewegten Teilen unbedingt erforderlich, vielfach ist aber auch bei sonstigen elektromagnetischen Vorrichtungen ein mit nicht ferro- oder paramagnetischem Material ausgefüllter Arbeitsspalt vorhanden, um beispielsweise ein Haftenbleiben («Kleben») des Ankers am Elektromagneten durch einen remanenten magnetischen Fluss oder Streufluss zu verhindern.The magnet arrangement shown in FIG. 1 has an electromagnet 1 and a permanent magnet 2. The electromagnet has a yoke 4 made of ferromagnetic material and provided with a winding 3. On each of the two end faces of the yoke 4, a leg 5 or 6 of ferromagnetic material lies tightly. The free ends of the legs 5 and 6 represent pole shoes 7 and 8, respectively. In FIG. 1, each pole shoe is shown in one piece with the associated leg. Of course, however, separate pole shoes made of a ferromagnetic material that deviates from the material of the legs and / or with a special geometric shape could also abut the leg ends. The permanent magnet 2 is inserted between the legs 5 and 6 of the electromagnet with their end faces lying tightly against them. An armature 9 made of ferromagnetic material is located opposite the pole faces of the pole shoes 7 and 8 of the magnet arrangement, an air gap 10 and 11 being present on both sides between the pole faces and the armature. Such an air gap is absolutely necessary in rotating electrical machines with parts moving against one another, but in many other cases there is also a working gap filled with non-ferro- or paramagnetic material in other electromagnetic devices, for example to prevent the armature from sticking ("sticking") to the electromagnet to prevent retentive magnetic flux or leakage flux.

Der Querschnitt des Joches 4 ist unter Berücksichtigung der magnetischen Eigenschaften seines Materials der Arbeitsinduktion des Permanentmagneten 2 angepasst, so dass das Joch des unerregten Elektromagneten 1 durch den magnetischen Fluss des Permanentmagneten 2 annähernd gesättigt ist. Somit kann der gesamte magnetische Fluss des Permanentmagneten 2 durch die Schenkel 5, 6 und das Joch 4 gelangen und in dem den Anker 9 enthaltenden äusseren magnetischen Kreis, der infolge des Vorhandenseins von Luftspalten 10 und 11 einen erhöhten magnetischen Widerstand aufweist, tritt durch den Magnetismus des Permanentmagneten 2 allein kein nennenswerter magnetischer Fluss auf. Bei einer Erregung des Elektromagneten 1 mittels Stromdurchganges durch seine Wicklung 3 in einem solchen Sinne, dass bei der Darstellung gemäss Fig. 1 in gleicher Weise wie beim Permanentmagneten 2 ebenfalls am linken Ende des Joches 4 ein Nordpol und am rechten Ende des Joches 4 ein Südpol entsteht, wird der vom Permanentmagneten 2 herrührende magnetische Fluss im Joch 4 und in den von den Polschuhen 7 und 8 abgewandten Bereichen der Schenkel 5 bzw. 6 in Abhängigkeit von der Feldstärke des Elektromagneten 1 mehr oder weniger unterdrückt und auf diese Weise in den den Anker 9 enthaltenden äusseren magnetischen Kreis gedrängt. Unter Berücksichtigung der vorstehend angegebenen Dimensionierung des Jochquerschnittes liefern bei der stärksten sinnvollen Erregung des Elektromagneten 1 dieser und der Permanentmagnet 2 annähernd gleiche Anteile magnetischen Flusses in den äusseren magnetischen Kreis.The cross section of the yoke 4 is adapted to the work induction of the permanent magnet 2, taking into account the magnetic properties of its material, so that the yoke of the unexcited electromagnet 1 is approximately saturated by the magnetic flux of the permanent magnet 2. Thus, the entire magnetic flux of the permanent magnet 2 can pass through the legs 5, 6 and the yoke 4 and in the outer magnetic circuit containing the armature 9, which has increased magnetic resistance due to the presence of air gaps 10 and 11, occurs through the magnetism of the permanent magnet 2 alone has no appreciable magnetic flux. At excitation of the electromagnet 1 by passage of current through its winding 3 in such a sense that in the illustration according to FIG. 1 in the same way as with the permanent magnet 2, a north pole is also formed at the left end of the yoke 4 and a south pole at the right end of the yoke 4 , The magnetic flux originating from the permanent magnet 2 in the yoke 4 and in the regions of the legs 5 and 6 facing away from the pole shoes 7 and 8 is more or less suppressed as a function of the field strength of the electromagnet 1 and in this way into the armature 9 containing outer magnetic circuit. Taking into account the dimensioning of the yoke cross section given above, with the strongest sensible excitation of the electromagnet 1, the latter and the permanent magnet 2 deliver approximately the same proportion of magnetic flux into the outer magnetic circuit.

Bisher herrschte in der Fachwelt die Meinung, dass zur Ermöglichung der additiven Überlagerung der magnetischen Flüsse des Elektromagneten 1 und des Permanentmagneten 2 die Querschnitte der Polschuhe 7 und 8 so gross dimensioniert werden müssten, dass eine Sättigung des Polschuhmaterials unter den vorerwähnten Bedingungen nicht erreicht wird. Es wurde aber nun gefunden, dass eine derartige Überdimensionierung der Polschuhquerschnitte nicht erforderlich ist. Bei Verwendung der in Fig. 1 schematisch dargestellten Magnetanordnung als Hubmagnet könnte bei Verwendung des Elektromagneten 1 allein (ohne den eingesetzten Permanentmagneten 2) oder bei Verwendung des gleich starken Permanentmagneten 2 allein (ohne das eingesetzte Joch 4) auf den Anker 9 eine bestimmte Tragkraft ausgeübt werden. Bei kombinierter Verwendung beider Magnete kann durch Verdoppelung des magnetischen Flusses theoretisch die vierfache Tragkraft erreicht werden und analoges gilt für das erzielbare Drehmoment einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei auf Grund der Erkenntnisse der Anmelderin der auf gleiche magnetische Eigenschaften bezogene Querschnitt der Polschuhe 7, 8 nicht grösser dimensioniert zu werden braucht als der Querschnitt des Joches 4 des Elektromagneten 1. Dieser überraschende und noch nicht völlig geklärte Umstand beruht möglicherweise auf unterschiedlichen «Generatoreigenschaften_" eines Elektromagneten einerseits und eines Permanentmagneten anderseits als Magnetfelderzeuger. Gegenüber der Erzeugung eines in seiner Stärke veränderbaren Magnetfeldes einer einzigen Magnetisierungsrichtung mittels eines Elektromagneten allein ist durch die erfindungsgemässe Anordnung nicht nur eine Energieersparnis, sondern auch eine Materialersparnis erzielbar.So far, experts have believed that in order to allow the additive superimposition of the magnetic fluxes of the electromagnet 1 and the permanent magnet 2, the cross sections of the pole pieces 7 and 8 would have to be dimensioned so large that saturation of the pole piece material would not be achieved under the aforementioned conditions. However, it has now been found that such oversizing of the pole shoe cross sections is not necessary. When using the magnet arrangement shown schematically in FIG. 1 as a lifting magnet, a certain load-bearing capacity could be exerted on the armature 9 when using the electromagnet 1 alone (without the permanent magnet 2 used) or when using the permanent magnet 2 of the same strength alone (without the yoke 4 used) will. When the two magnets are used in combination, doubling the magnetic flux can theoretically achieve four times the load-bearing capacity, and the same applies analogously to the torque that can be achieved in a rotating electrical machine The cross section of the yoke 4 of the electromagnet 1 needs to be dimensioned. This surprising and not yet fully clarified fact may be due to different "generator properties _{" of} an electromagnet on the one hand and a permanent magnet on the other hand as a magnetic field generator The magnetization direction by means of an electromagnet alone can not only be achieved by the arrangement according to the invention but also by saving energy.

In Fig. 2 ist eine Versuchsanordnung zum Messen der Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt einer erfindungsgemässen Magnetanordnung dargestellt. Hiebei sind 12 und 13 die Pole eines im übrigen nichtdargestellten grossen Elektromagneten. Der für die Probe nicht benötigte Bereich des Abstandes zwischen den Polflächen des Elektromagneten wurde durch ein Bündel 14 von Transformatorblechen mit reichlich bemessenem Gesamtquerschnitt überbrückt. An dieses Bündel 14 wurde ein Polschuh 15 angefügt, dessen gegen den Pol 13 des Elektromagneten vorspringender Bereich 16 seiner rechten Stirnfläche einen Luftspalt 17 mit einem Querschnitt von 12,7 x 31,75 mm² begrenzt. Im unteren, grösseren Bereich war ein Permanentmagnet 18 mit quadratischem Querschnitt und einer Seitenlänge von 25,4 mm sowie einer Länge von 6,35 mm eingesetzt, der mit einer Polfläche am Pol 13 des Elektromagneten und mit der anderen Polfläche am Polschuh 15 dicht anlag. Die Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt 17 wurde mit einer kleinen Hall-Sonde ausgemessen, wobei sich bei einer bestimmten Erregung des Elektromagneten die im Diagramm der Fig. 3 dargestellte gleichförmige Verteilung der Induktion ergab.2 shows an experimental arrangement for measuring the distribution of the magnetic induction in the air gap of a magnet arrangement according to the invention. 12 and 13 are the poles of a large electromagnet (not shown). The area of the distance between the pole faces of the electromagnet that was not required for the sample was bridged by a bundle 14 of transformer sheets with an amply dimensioned overall cross section. A pole shoe 15 was attached to this bundle 14, the area 16 of its right end face projecting against the pole 13 of the electromagnet delimits an air gap 17 with a cross section of 12.7 × 31.75 mm ² . In the lower, larger area, a permanent magnet 18 with a square cross section and a side length of 25.4 mm and a length of 6.35 mm was used, which was tight with one pole face on the pole 13 of the electromagnet and with the other pole face on the pole shoe 15. The distribution of the magnetic induction in the air gap 17 was measured with a small Hall probe, the uniform distribution of the induction shown in the diagram of FIG. 3 being obtained with a certain excitation of the electromagnet.

In Fig. 4 ist eine Messanordnung zur Untersuchung einer erfindungsgemässen Magnetanordnung mit technischem Wechselstrom im Halbwellenbetrieb dargestellt. Untersucht wurde eine Magnetanordnung gemäss Fig. 1, wobei die mittlere magnetische Weglänge im Joch 4 (einschliesslich des Anteils der Breite der Schenkel 5, 6) 55 mm und in den Schenkeln 5, 6 je 65 mm betrug. Der Querschnitt des Joches, der Schenkel und des Ankers 9 hatte die Grösse 17,5 x 6,3 mm. Jeder Luftspalt 10, 11 hatte eine Länge von 0,25 mm und in einem dieser Luftspalte war eine Hall-Sonde 19 zum Messen der magnetischen Induktion angeordnet. Die Wicklung 3 hatte 1000 Windungen.4 shows a measuring arrangement for examining a magnet arrangement according to the invention with technical alternating current in half-wave operation. A magnet arrangement according to FIG. 1 was examined, the mean magnetic path length in the yoke 4 (including the proportion of the width of the legs 5, 6) being 55 mm and 65 mm in the legs 5, 6. The cross section of the yoke, the legs and the armature 9 had the size 17.5 x 6.3 mm. Each air gap 10, 11 had a length of 0.25 mm and a Hall probe 19 for measuring the magnetic induction was arranged in one of these air gaps. The winding 3 had 1000 turns.

Zum beliebigen Verringern der Netzspannung dient ein Stell-Trenntransformator 20. Da die Magnetisierung des Ekeltromagneten nur in einer Richtung sinnvoll ist, liegt zwischen dem Abgriff des Transformators 20 und einem Ende der Wicklung 3 eine Diode 21. Das andere Ende der Wicklung 3 liegt an Erde. Ein Ende der Sekundärwicklung des Transformators 20 ist über einen eine Strommessung ermöglichenden Widerstand 22 mit Erde verbunden. Zum Messen des Erregerstromes des Elektromagneten wird der Spannungsabfall am Widerstand 22 an den Klemmen 23 abgegriffen. Die Hall-Sonde 19 wird über Klemmen 24 mit einem konstanten Strom von 50 mA gespeist. Dabei ergibt sich für eine Induktion im Luftspalt von 0,6 T an den Klemmen 25 eine Spannung von 30 mV. An die Klemmen 23 und 25 können den Spitzenwert anzeigende Messinstrumente angeschlossen werden, besser überschaubar sind die Vorgänge jedoch, wenn die Klemmen 23 und 25 mit den Vertikaleingängen eines Zweikanaloszilloskops verbunden werden, dessen Horizontalablenkung mit der Netzfrequenz synchronisiert ist.A variable isolating transformer 20 is used to reduce the mains voltage as desired. Since the magnetization of the disgust magnet only makes sense in one direction, there is a diode 21 between the tap of the transformer 20 and one end of the winding 3. The other end of the winding 3 is connected to earth . One end of the secondary winding of the transformer 20 is connected to earth via a resistor 22 which enables a current measurement. To measure the excitation current of the electromagnet, the voltage drop across the resistor 22 is tapped at the terminals 23. The Hall probe 19 is fed via terminals 24 with a constant current of 50 mA. This results in a voltage of 30 mV for an induction in the air gap of 0.6 T at the terminals 25. Measuring instruments indicating the peak value can be connected to the terminals 23 and 25, but the processes are more manageable if the terminals 23 and 25 are connected to the vertical inputs of a two-channel oscilloscope whose horizontal deflection is synchronized with the mains frequency.

Zunächst wurde ohne in der Magnetanordnung vorhandenen Permanentmagnet 2 die Wicklung 3 mit einem Halbwellenstrom von 0,7 A Scheitelwert beaufschlagt, wobei noch keine Sättigung der Weicheisenteile 4, 5, 6 und 9 auftrat. Der Scheitelwert der von der Hall-Sonde 19 an den Klemmen 25 angegebenen Spannung betrug 23 mV, entsprechend einer magnetischen Induktion von 0,46 T.First, without a permanent magnet 2 present in the magnet arrangement, the winding 3 was subjected to a half-wave current of 0.7 A peak value, with no saturation of the soft iron parts 4, 5, 6 and 9 yet. The crown value of the voltage indicated by the Hall probe 19 at the terminals 25 was 23 mV, corresponding to a magnetic induction of 0.46 T.

Danach wurde der Permanentmagnet 2 zwischen die Schenkel 5 und 6 eingefügt und der Erregerstrom des Elektromagneten so eingestellt, dass die Hall-Sonde 19 an den Klemmen 25 wieder eine Spannung mit einem Scheitelwert von 23 mV entsprechend einer magnetischen Induktion von 0,46T lieferte. Der Scheitelwert des erforderlichen Magnetisierungsstromes betrug nun nur noch 0,4 A, was eine Verringerung um 43% bedeutet. Ein Vergleich der Spitze-Spitze-Werte der Wechselspannung an der Wicklung 3 in beiden Fällen zeigte nur eine geringfügige Abnahme von 65 V auf 62 V.The permanent magnet 2 was then inserted between the legs 5 and 6 and the excitation current of the electromagnet was set such that the Hall probe 19 again provided a voltage at the terminals 25 with a peak value of 23 mV corresponding to a magnetic induction of 0.46T. The peak value of the required magnetizing current was now only 0.4 A, which means a reduction of 43%. A comparison of the peak-to-peak values of the AC voltage on winding 3 in both cases showed only a slight decrease from 65 V to 62 V.

Danach wurde der Magnetisierungsstrom bis zur Erreichung der Sättigung erhöht. Ohne eingesetzten Permanentmagnet 2 wurde dabei ein Scheitelwert des Stromes von 1,4 A gemessen. Die Hall-Sonde 19 lieferte an den Klemmen 25 eine Spannung mit einem Scheitelwert von 32 mV, entsprechend einer Induktion von 0,64 T.The magnetizing current was then increased until saturation was reached. Without the permanent magnet 2 used, a peak current value of 1.4 A was measured. The Hall probe 19 supplied a voltage at the terminals 25 with a peak value of 32 mV, corresponding to an induction of 0.64 T.

Danach wurde der Permanentmagnet 2 in die Magnetanordnung eingesetzt und die neuen Messwerte wurden ohne Veränderung der Einstellung des Stelltransformators 20 bestimmt. Der Spitze-Spitze-Wert der Spannung an der Wicklung 3 betrug in beiden Fällen 85 V. Der Scheitelwert des Magnetisierungsstromes verringerte sich auf 0,7 A, also um 50%, wogegen der Scheitelwert der von der Hall-Sonde 19 an den Klemmen 25 gelieferten Spannung auf 42 mV anstieg, was bedeutet, dass die magnetische Induktion, deren Sättigung vorher bei 0,64 T eingesetzt hatte, sich nun auf 0,84 T erhöhte, also um rund 30% zunahm.The permanent magnet 2 was then inserted into the magnet arrangement and the new measured values were determined without changing the setting of the variable transformer 20. The peak-to-peak value of the voltage on the winding 3 was 85 V in both cases. The peak value of the magnetizing current decreased to 0.7 A, ie by 50%, whereas the peak value of that from the Hall probe 19 at the terminals 25 supplied voltage rose to 42 mV, which means that the magnetic induction, whose saturation had previously started at 0.64 T, now increased to 0.84 T, i.e. increased by around 30%.

Im letzteren Fall zeigte sich im Zusammenwirken von Permanentmagnet und Elektromagnet eine Erhöhung der magnetischen Induktion, die durch blosses Erhöhen des Magnetisierungsstromes des Magneten allein innerhalb vernünftiger Grenzen ohne Vorhandensein des Permanentmagneten nicht erreichbar war.In the latter case, there was an increase in the magnetic induction in the interaction of the permanent magnet and the electromagnet, which could not be achieved by merely increasing the magnetizing current of the magnet alone within reasonable limits without the presence of the permanent magnet.

Unter den vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten einer erfindungsgemässen Magnetanordnung in allen jenen Fällen, in welchen der magnetische Fluss bzw. die magnetische Induktion eines Magnetsystems zwischen etwa Null und einem Maximalwert schaltbar bzw. veränderbar sein muss, wie Hubmagnete, Relais, rotierende elektrische Maschinen u.dgl., sind auch magnetische Filtervorrichtungen zum Absondern von aus ferromagnetischen Material bestehenden Teilchen aus einem Strömungsmedium zu erwähnen. Hiebei ist im Weg des Strömungsmediums eine Matrix von Drähten aus ferromagnetischem Material vorgesehen, welche Drähte von einem äusseren Elektromagneten magnetisierbar sind. Während einer Abscheidungsphase sind die Drähte möglichst stark magnetisiert und halten dadurch ferromagnetische Teilchen aus dem Strömungsmedium fest. Am Ende der Abscheidungsphase ist die Matrix mit abgeschiedenen Teilchen beladen und muss während einer anschliessenden Reinigungsphase von den Ablagerungen befreit werden, indem die Magnetisierung abgeschaltet und die Matrix von Drähten mit einer Spülflüssigkeit gespült wird, wodurch die vorher festgehaltenen ferromagnetischen Teilchen entfernt werden. Bei einer solchen Filtervorrichtung kann der äussere Elektromagnet vorteilhaft durch eine erfindungsgemässe Magnetanordnung ersetzt werden, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist.Among the many possible uses of a magnet arrangement according to the invention in all those cases in which the magnetic flux or the magnetic induction of a magnet system must be switchable or changeable between approximately zero and a maximum value, such as solenoids, relays, rotating electrical machines and the like. Magnetic filter devices for separating particles consisting of ferromagnetic material from a flow medium should also be mentioned. A matrix of wires made of ferromagnetic material is provided in the path of the flow medium, which wires can be magnetized by an external electromagnet. During a deposition phase, the wires are magnetized as strongly as possible and thereby hold ferromagnetic particles from the flow medium. At the end of the deposition phase, the matrix is loaded with deposited particles and must be removed from the deposits during a subsequent cleaning phase by switching off the magnetization and flushing the matrix of wires with a rinsing liquid, thereby removing the previously held ferromagnetic particles. In such a filter device, the outer electromagnet can advantageously be replaced by a magnet arrangement according to the invention, as is shown, for example, in FIG. 1.

Denkbar ist aber auch für diesen und andere Zwecke eine Anordnung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, wobei neben einem Stab oder Draht 26 aus weichmagnetischem Material ein Permanentmagnet 27 angeordnet ist, dessen Pole ausserhalb der Enden einer Wicklung 28 an dem Stab oder Draht 26 anliegen. Die Wicklung 28 umgibt hiebei sowohl den vom Stab oder Draht 26 gebildeten Kern des Elektromagneten als auch den Permanentmagneten 27. Wesentlich ist es hiebei, dass der Stab oder Draht 26 den Permanentmagnet 27 in Längsrichtung an beiden Enden überragt.An arrangement as shown in FIG. 5 is also conceivable for this and other purposes, a permanent magnet 27 being arranged next to a rod or wire 26 made of soft magnetic material, the poles of which are outside the ends of a winding 28 on the rod or wire 26 concerns. The winding 28 surrounds both the core of the electromagnet formed by the rod or wire 26 and the permanent magnet 27. It is essential here that the rod or wire 26 projects beyond the permanent magnet 27 in the longitudinal direction at both ends.

Eine Deutung der Wirkungsweise der erfindungsgemässen Magnetanordnung kann an Hand der Fig. 6,7 und 8 gegeben werden. Fig. 6 zeigt die Magnetisierungslinie 29 des weichmagnetischen Materials eines magnetischen Kreises, der beispielsweise von den Teilen 4, 5, 6 und 9 gemäss Fig. 1 gebildet sein kann und der bei Stromdurchgang durch die Wicklung 3 einen Elektromagnet darstellt. Hiebei gibt es keine bevorzugte Magnetisierungsrichtung, der magnetische Fluss kann je nach der elektrischen Erregung entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn verlaufen und die Magnetisierungskurve ist bezüglich des Ursprunges des Koordinatensystems völlig symmetrisch.An explanation of the mode of operation of the magnet arrangement according to the invention can be given on the basis of FIGS. 6, 7 and 8. FIG. 6 shows the magnetization line 29 of the soft magnetic material of a magnetic circuit, which can be formed, for example, by parts 4, 5, 6 and 9 according to FIG. 1 and which represents an electromagnet when current passes through the winding 3. There is no preferred direction of magnetization, the magnetic flux can run either clockwise or counterclockwise depending on the electrical excitation, and the magnetization curve is completely symmetrical with respect to the origin of the coordinate system.

Fig. 7 soll die Veränderung des magnetischen Kreises andeuten, wie sie durch Einsetzen des Permanentmagneten 2 in die in Fig. 1 dargestellte Magnetanordnung hervorgerufen wird. Man kann sich dies als eine Parallelverschiebung der Magnetisierungslinie um den Betrag des Permanentfeldes vorstellen, wodurch man zu der Arbeitskennlinie 30 gelangt. Wenn es hiebei gelingt, die obere Grenze der magnetischen Induktion von B_o im Diagramm der Fig. 6 auf einen Wert 2 B_o im Diagramm der Fig. 7 anzuheben, ist mit der neuen Magnetanordnung mit eingefügtem Permanentmagnet gegenüber einem gleich grossen und gleich stark erregten Elektromagnet eine Vervierfachung der Hubkraft erzielbar.FIG. 7 is intended to indicate the change in the magnetic circuit as is caused by inserting the permanent magnet 2 into the magnet arrangement shown in FIG. 1. This can be thought of as a parallel shift of the magnetization line by the amount of the permanent field, which leads to the working characteristic 30. If the upper limit of the magnetic induction of B _o in the diagram in FIG. 6 can be raised to a value 2 B _o in the diagram in FIG. 7, the new magnet arrangement with an inserted permanent magnet is compared to an equally large and equally excited one Electromagnet a quadrupling of the lifting force can be achieved.

Dies ist in Fig. 8 dargestellt, in welcher die Hubkraft F in Abhängigkeit vom Erregerstrom I des Elektromagneten aufgetragen ist. Die strichlierte Kurve 31 zeigt den bezüglich der Ordinatenachse symmetrischen Verlauf der Hubkraft eines Elektromagneten, wobei die Hubkraft von der Stromrichtung unabhängig und nur von der Stromstärke abhängig ist und wobei bei kleinen Stromstärken die bekannte quadratische Abhängigkeit der Hubkraft vom Erregerstrom vorhanden ist, wogegen bei sehr grossen Stromstärken infolge der magnetischen Sättigung des ferromagnetischen Materials eine weitere Erhöhung der Hubkraft nicht mehr erzielbar ist. Die Kurve 32 zeigt den Verlauf für eine erfindungsgemässe Magnetanordnung, welcher Verlauf auch von der Richtung des Magnetisierungsstromes abhängig ist, wobei im Falle der additiven Kombination der magnetischen Flüsse von Elektromagnet und Permanentmagnet im äusseren magnetischen Kreis bei gleichen Flussanteilen vom Elektromagnet und vom Permanentmagnet entsprechend Fig. 7 eine Verdoppelung des magnetischen Flusses gegenüber Erregung durch den Elektromagnet allein und somit eine Vervierfachung der Hubkraft erzielbar ist.This is shown in Fig. 8, in which the lifting force F is plotted as a function of the excitation current I of the electromagnet. The dashed curve 31 shows the course of the lifting force of an electromagnet, which is symmetrical with respect to the axis of ordinate, the lifting force being independent of the direction of the current and dependent only on the current strength, and the known square dependence of the lifting force on the excitation current is present at small current strengths, whereas very large ones Current levels due to the magnetic saturation of the ferromagnetic Material a further increase in lifting power is no longer achievable. Curve 32 shows the course for a magnet arrangement according to the invention, which course also depends on the direction of the magnetizing current, whereby in the case of the additive combination of the magnetic fluxes of the electromagnet and permanent magnet in the outer magnetic circuit with the same flux components from the electromagnet and from the permanent magnet according to FIG. 7 a doubling of the magnetic flux compared to excitation by the electromagnet alone and thus a quadrupling of the lifting force can be achieved.

Bei rotierenden elektrischen Maschinen ist die Erfindung ebenfalls mit Vorteil anwendbar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei Wechselstrommaschinen eine erfindungsgemässe Magnetanordnung jeweils nur bei Halbwellen ein und derselben Polarität arbeiten kann. Für den Betrieb mit Halbwellen beider Polaritäten muss die Anzahl der Magnetanordnungen verdoppelt werden. Fig. 9 zeigt schematisch die Ausbildung von Statorpolen für einen Wechselstrommotor. Der Rotor 53 ist von einem Stator 54 umgeben, dessen Pole 55, 56 unter Einhaltung eines Luftspaltes an die Rotoroberfläche heranreichen. Jeder Statorpol trägt eine Wicklung 57 und gemäss der Erfindung ist zwischen benachbarten Statorpolen 55 und 56 ein Permanentmagnet 58 vorgesehen. Wenn kein Strom durch die Wicklungen 57 fliesst, ist der magnetische Kreis des Permanentmagneten 58 über den Stator geschlossen und durch die Luftspalte dringt kein nennenswerter magnetischer Fluss in den Rotor 53 ein. Wenn dagegen die Wicklungen 57 vom Nennstrom beaufschlagt sind, fliessen die einander überlagerten magnetischen Flüsse des Permanentmagneten 58 und der von den mit Wicklungen 57 versehenen Polteilen 55 und 56 gebildeten Elektromagnete über die Luftspalte durch den Rotor 53.The invention can also be used to advantage in rotating electrical machines. It should be taken into account here that in AC machines, a magnet arrangement according to the invention can only work with half waves of the same polarity. The number of magnet arrangements must be doubled for operation with half-waves of both polarities. 9 schematically shows the formation of stator poles for an AC motor. The rotor 53 is surrounded by a stator 54, the poles 55, 56 of which reach the rotor surface while maintaining an air gap. Each stator pole carries a winding 57 and, according to the invention, a permanent magnet 58 is provided between adjacent stator poles 55 and 56. If no current flows through the windings 57, the magnetic circuit of the permanent magnet 58 is closed via the stator and no appreciable magnetic flux penetrates into the rotor 53 through the air gaps. If, on the other hand, the windings 57 are subjected to the rated current, the superimposed magnetic fluxes of the permanent magnet 58 and the electromagnets formed by the pole parts 55 and 56 provided with windings 57 flow through the air gaps through the rotor 53.

An Hand der Fig. 5 wurde bereits eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Magnetanordnung für einen magnetischen Separator erläutert. In Fig. 10 ist ein solcher magnetischer Separator mit einer abgewandelten Ausführungsform der Magnetanordnung, die sich ausserhalb des Separatorbehälters und somit ausserhalb des Strömungsmediums befindet, dargestellt. Der Separatorbehälter ist an gegenüberliegenden Stirnflächen mit einer Zulaufleitung 68 und einer Ablaufleitung 69 versehen. Der Behälter 67 besteht aus nicht-ferromagnetischem Material und ist lose mit Drähten aus ferromagnetischem Material gefüllt. Aussen ist der Behälter 67 von einem Eisenkern 70 umgeben, welcher bezüglich der durch die Zuleitung 68 und die Ableitung 69 gehenden Achse rotationssymmetrisch ausgebildet sein kann. Der Eisenkern 70 trägt Wicklungen 71 und seine die Wicklungen tragenden Joche sind von Permanentmagneten 72 überbrückt. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform einer erfindungsgemässen Magnetanordnung besteht wieder darin, dass im unerregten Zustand der Wicklung 71 der Raum des Behälters 67 nahezu magnetfeldfrei ist, wogegen bei Stromdurchgang durch die Wicklungen 71 die einander überlagerten magnetischen Flüsse der Elektromagneten und der Permanentmagneten für die Durchflutung der im Behälter 67 vorhandenen Drähte aus ferromagnetischem Material wirksam sind. Dadurch kann zwischen einer Reinigungsphase ohne im Separator wirkendes Magnetfeld zum Spülen desselben und einer Abscheidungsphase mit im Separator wirkendem Magnetfeld umgeschaltet werden.A possible embodiment of a magnet arrangement according to the invention for a magnetic separator has already been explained with reference to FIG. 5. 10 shows such a magnetic separator with a modified embodiment of the magnet arrangement, which is located outside the separator container and thus outside the flow medium. The separator container is provided with an inlet line 68 and an outlet line 69 on opposite end faces. The container 67 is made of non-ferromagnetic material and is loosely filled with wires made of ferromagnetic material. The outside of the container 67 is surrounded by an iron core 70, which can be rotationally symmetrical with respect to the axis passing through the feed line 68 and the discharge line 69. The iron core 70 carries windings 71 and its yokes carrying the windings are bridged by permanent magnets 72. The mode of operation of this embodiment of a magnet arrangement according to the invention again consists in the fact that in the unexcited state of the winding 71, the space of the container 67 is almost free of a magnetic field, whereas when current flows through the windings 71, the superimposed magnetic fluxes of the electromagnets and the permanent magnets for flooding the in the container 67 existing wires made of ferromagnetic material are effective. It is thus possible to switch between a cleaning phase without a magnetic field acting in the separator for rinsing the same and a deposition phase with a magnetic field acting in the separator.

Bei rotierenden elektrischen Maschinen, wie Motoren und Generatoren, bei welchen im Betrieb im Stator ein magnetisches Gleichfeld erzeugt wird, besteht die Möglichkeit, dieses Gleichfeld entweder mit einem Elektromagnet oder mit einem Permanentmagnet zu erzeugen. Die Anwendung eines Elektromagneten bietet den Vorteil, dass die magnetische Feldstärke und damit die magnetische Induktion innerhalb weiter Grenzen einstellbar ist, hat aber den Nachteil, dass ein ständiger beträchtlicher Aufwand an elektrischer Energie erforderlich ist, der auch eine Erwärmung der Statorbauteile zur Folge hat. Anderseits erfordert die Verwendung eines Permanentmagneten zur Felderzeugung keinen dauernden Energieaufwand, wobei allerdings auch die Einschränkung in Kauf genommen werden muss, dass die magnetische Induktion im Luftspalt der Maschine nicht geändert werden kann. Die Anwendung einer erfindungsgemässen Magnetanordnung, wofür in Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, ermöglicht die Erzeugung eines magnetischen Gleichfeldes im Stator auf besonders ökonomische Weise mit im Vergleich zur ausschliesslichen Verwendung eines Elektromagneten verringertem Aufwand an elektrischer Energie, wobei eine Einstellbarkeit der magnetischen Induktion im Luftspalt der Maschine zwischen nahezu Null und sehr hohen Werten gegeben ist und auch der Materialaufwand klein gehalten werden kann. Dadurch, dass bei der erfindungsgemässen Magnetanordnung durch Verändern der Erregung des Elektromagneten der im Luftspalt wirksam werdende Anteil des magnetischen Flusses des Permanentmagneten gesteuert wird und der Elektromagnet selbst einen Beitrag zu dem im Luftspalt wirksamen magnetischen Fluss liefert, kann bei einem Gleichstrommotor die Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik in üblicher Weise durch Verändern des Statorfeldes beeinflusst werden und bei einem Generator kann die erzeugte EMK durch Verändern des Statorfeldes gesteuert bzw. geregelt werden. Fig. 11 zeigt zum Vergleich ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm einer Versuchsausführung eines Gleichstrommotors mit einer erfindungsgemässen Magnetanordnung im Stator bei drei verschiedenen Feldströmen für die Erregung des Elektromagneten jeweils mit und ohne Permanentmagnet. Hiebei gelten die Kurven 73, 74 und 75 für das erfindungsgemässe Zusammenwirken von Elektromagnet und Permanentmagnet bei Erregerströmen von 0,4 A, 0,5 A bzw. 0,6 A und die Kurven 76, 77 und 78 für die Erzeugung des Statorfeldes mit dem Elektromagneten allein ebenfalls bei Erregerströmen von 0,4 A, 0,5 A bzw. 0,6 A. Man erkennt deutlich den Gewinn an Motorleistung bei höherer Belastung durch das erfindungsgemässe Zusammenwirken von Permanentmagnet und Elektromagnet, wobei im Vergleich zur Verwendung eines gleichartigen Stators ohne Permanentmagnet bei gleicher Drehzahl ein höheres Drehmoment oder bei gleichem Drehmoment eine höhere Drehzahl erzielbar ist.With rotating electrical machines, such as motors and generators, in which a magnetic constant field is generated in the stator during operation, it is possible to generate this constant field either with an electromagnet or with a permanent magnet. The use of an electromagnet has the advantage that the magnetic field strength and thus the magnetic induction can be set within wide limits, but has the disadvantage that a constant considerable expenditure of electrical energy is required, which also results in the stator components being heated. On the other hand, the use of a permanent magnet for field generation does not require permanent energy expenditure, although the restriction that the magnetic induction in the air gap of the machine cannot be changed must also be accepted. The use of a magnet arrangement according to the invention, of which an exemplary embodiment is shown in FIG. 9, enables the generation of a constant magnetic field in the stator in a particularly economical manner with a reduced expenditure of electrical energy compared to the exclusive use of an electromagnet, with the magnetic induction being adjustable in the air gap the machine is between almost zero and very high values and the material requirements can be kept low. Because in the magnet arrangement according to the invention, by changing the excitation of the electromagnet, the portion of the magnetic flux of the permanent magnet that is effective in the air gap is controlled and the electromagnet itself makes a contribution to the magnetic flux that is effective in the air gap, the torque-speed Characteristic can be influenced in the usual way by changing the stator field and in the case of a generator, the generated EMF can be controlled or regulated by changing the stator field. For comparison, FIG. 11 shows a torque-speed diagram of an experimental design of a direct current motor with a magnet arrangement according to the invention in the stator with three different field currents for the excitation of the electromagnet, each with and without a permanent magnet. Curves 73, 74 and 75 apply to the interaction of the electromagnet and permanent magnet according to the invention at excitation currents of 0.4 A, 0.5 A and 0.6 A and curves 76, 77 and 78 for the generation of the stator field with the Electromagnets alone also with excitation currents of 0.4 A, 0.5 A or 0.6 A. One can clearly see the gain in motor power at higher loads through the interaction of permanent magnet and electromagnet according to the invention, compared to using a similar stator without Permanent magnet with the same speed a higher torque or with the same torque a higher speed can be achieved.

In Fig. 12 ist ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm zum Vergleich eines herkömmlichen Gleichstrommotors und eines mit einer erfindungsgemässen Magnetanordnung zur Felderzeugung im Stator ausgestatteten Gleichstrommotors dargestellt. Hiebei gelten für den erfindungsgemäss ausgestatteten Motor die Kurven 79, 80 und 81 für Feldströme von 0,3 A, 0,4 A bzw. 0,5 A und die Kurven 82, 83 und 84 für einen herkömmlichen Motor für Feldströme von 0,4 A, 0,5 A bzw. 0,6 A. Es wurden absichtlich für den herkömmlichen Motor jeweils um 0,1 A höher liegende Feldströme gewählt, wobei dennoch die Überlegenheit des erfindungsgemäss ausgestatteten Motors klar ersichtlich ist. Der erfindungsgemäss ausgestattete Motor erfordert weniger elektrische Energie für die Erzeugung des Statorfeldes, ist auch hinsichtlich des Materialaufwandes sehr ökonomisch und gibt eine höhere Leistung ab als der vergleichbare herkömmliche Elektromotor. Gegebenenfalls kann das sehr geringe remanente Statorfeld des erfindungsgemäss ausgestatteten Elektromotors für einen Leerlauf mit hoher Drehzahl bei abgeschalteter elektrischer Erregung des Stators ausgenützt werden.FIG. 12 shows a torque-speed diagram for comparing a conventional DC motor and a DC motor equipped with a magnet arrangement according to the invention for generating fields in the stator. Curves 79, 80 and 81 apply for field currents of 0.3 A, 0.4 A and 0.5 A and curves 82, 83 and 84 for a conventional motor for field currents of 0.4 A, 0.5 A and 0.6 A. Field currents higher than 0.1 A were deliberately chosen for the conventional motor, although the superiority of the motor equipped according to the invention is clearly evident. The motor equipped according to the invention requires less electrical energy for the generation of the stator field, is also very economical with regard to the cost of materials and delivers a higher output than the comparable conventional electric motor. If necessary, the very small remanent stator field of the electric motor equipped according to the invention can be used for idling at high speed with the electrical excitation of the stator switched off.

Einen umfassenderen vergleichenden Überblick ermöglichen die nachfolgend tabellarisch zusammengefassten elektrischen Daten, wobei die Werte eines im Stator mit einer erfindungsgemässen Magnetanordnung ausgestatteten Gleichstrommotors einmal ohne eingesetzten Permanentmagnet und dann mit eingesetztem Permanentmagnet mit den Werten eines entsprechenden herkömmlichen Gleichstrommotors verglichen werden.

A more comprehensive comparative overview is made possible by the electrical data summarized in the table below, the values of a DC motor equipped in the stator with a magnet arrangement according to the invention being compared once with the permanent magnet inserted and then with the permanent magnet inserted, with the values of a corresponding conventional DC motor.

Fig. 13 zeigt ein Diagramm der mit und ohne Permanentmagnet in Abhängigkeit vom Feldstrom erzielten Luftspaltinduktion bei einer ersten Versuchsausführung einer erfindungsgemässen Gleichstrommaschine. Dabei gilt die Magnetisierungskurve 85 für die Magnetanordnung mit dem Elektromagnet allein und die Magnetisierungskurve 86 für die Magnetanordnung mit eingesetztem Permanentmagnet. Im letzteren Fall ist die Remanenz etwas höher als ohne Permanentmagnet, jedoch lässt sich die magnetische Induktion durch Abschalten des Elektromagneten immerhin noch auf recht kleine Werte bringen.13 shows a diagram of the air gap induction achieved with and without permanent magnet as a function of the field current in a first test embodiment of a DC machine according to the invention. The magnetization curve 85 applies to the magnet arrangement with the electromagnet alone and the magnetization curve 86 applies to the magnet arrangement with the permanent magnet inserted. In the latter case, the remanence is somewhat higher than without a permanent magnet, but the magnetic induction can still be reduced to very small values by switching off the electromagnet.

Ein ähnliches Diagramm zeigt Fig. 14, wobei auf die Erzielung einer möglichst hohen Luftspaltinduktion bei noch vertretbarem, ökonomischem Materialaufwand hingearbeitet wurde. Ein hinsichtlich Materialausnützung und Energieaufwand für den Elektromagneten günstiger Arbeitspunkt auf der Kurve 87, die für die erfindungsgemässe Magnetanordnung ohne eingesetztem Permanentmagnet gilt, liegt bei einer magnetischen Induktion von 0,53 T. Bei dieser Erregung durch eine Spannung von etwa 60 V an der Wicklung des Elektromagneten ergibt sich mit dem eingesetzten Permanentmagnet eine magnetische Induktion von 1 T im Luftspalt beim entsprechenden Arbeitspunkt auf der Kurve 88. Dies entspricht einer Erhöhung der magnetischen Induktion durch die steuernde Wirkung des magnetischen Flusses des Elektromagneten auf den magnetischen Fluss des Permanentmagneten um 88%.A similar diagram is shown in FIG. 14, with efforts being made to achieve the highest possible air gap induction while still being justifiable and economical in terms of material. A favorable working point on curve 87 with regard to material utilization and energy expenditure for the electromagnet, which applies to the magnet arrangement according to the invention without a permanent magnet inserted, is at a magnetic induction of 0.53 T. With this excitation by a voltage of about 60 V on the winding of the With the permanent magnet used, electromagnets have a magnetic induction of 1 T in the air gap at the corresponding working point on curve 88. This corresponds to an increase in the magnetic induction by the controlling effect of the magnetic flux of the electromagnet on the magnetic flux of the permanent magnet by 88%.

Da sich in der erfindungsgemässen Magnetanordnung der Permanentmagnet in einem geschlossenen ferromagnetischen Kreis befindet und da vollmagnetisierte Permanentmagnete, die sich nicht in einem geschlossenen ferromagnetischen Kreis befinden, eine Schwächung ihrer Magnetisierung erleiden, ist es zweckmässig, das Aufmagnetisieren des Permanentmagneten erst nach dem Einbauen in eine erfindungsgemässe Magnetanordnung vorzunehmen, für welchen Zweck sich der in der Magnetanordnung vorhandene Elektromagnet eignet. Eine Überlastung der Wicklung des Elektromagneten kann dabei in Kauf genommen werden, weil das Aufmagnetisieren nur mit kurzen Stromimpulsen erfolgt. Bei dieser Art der Aufmagnetisierung braucht der Permanentmagnet nicht mehr aus dem geschlossenen ferromagnetischen Kreis entfernt zu werden und sein Magnetisierungszustand wird daher durch bauliche Massnahmen nicht mehr beeinträchtigt. Ein bei der Anwendung der Magnetanordnung mit dem magnetischen Fluss des Elektromagneten zu kombinierender möglichst grosser magnetischer Fluss des Permanentmagneten ist erwünscht, da beispielsweise bei der Erzeugung des Statorfeldes eines Gleichstrommotors bei einer bestimmten Drehzahl des Motors und gegebener Ankerspannung der Ankerstrom um so kleiner sein wird, je stärker das Statorfeld ist. Die Ergebnisse gehen aus den vorhergehend beschriebenen Versuchen mit Motoren und den zugehörigen Diagrammen hervor, wobei zu Vergleichszwekken ein herkömmlicher 1/16 PS-Motor, wie er für den Antrieb von Nähmaschinen verwendet wird, herangezogen wurde, bei welchem die normalerweise mit dem Anker in Reihe geschaltete Feldwicklung abgeklemmt und gesondert gespeist wurde.Since in the magnet arrangement according to the invention the permanent magnet is in a closed ferromagnetic circuit and since fully magnetized permanent magnets which are not in a closed ferromagnetic circuit suffer a weakening of their magnetization, it is expedient to magnetize the permanent magnet only after installation in an inventive one Make magnet arrangement for what purpose the electromagnet present in the magnet arrangement is suitable. Overloading the winding of the electromagnet can be accepted because the magnetization only takes place with short current pulses. With this type of magnetization, the permanent magnet no longer needs to be removed from the closed ferromagnetic circuit, and its magnetization state is therefore no longer impaired by structural measures. A magnetic flux of the permanent magnet that is as large as possible to be combined with the use of the magnet arrangement with the magnetic flux of the electromagnet is desirable, since, for example, the armature current is all the smaller when the stator field of a DC motor is generated at a specific speed of the motor and given armature voltage will be, the stronger the stator field is. The results emerge from the tests described above with motors and the associated diagrams, whereby for comparison purposes a conventional 1/16 hp motor, as used for driving sewing machines, was used, in which the armature is normally in series switched field winding was disconnected and fed separately.

Bei dem im Elektromaschinenbau vielfach angenommenen ersten, praktischen Sättigungswert von 0,5 bis 0,7 T wird bei Anwendung der Erfindung durch Kombination der magnetischen Flüsse des Permanentmagneten und des erregten Elektromagneten im Luftspalt elektrischer Maschinen vorzugsweise eine magnetische Induktion von 0,8 bis 1,1 T erzeugt, da unter diesen Bedindungen bei Verwendung gebräuchlicher ferromagnetischer Materialien und wirtschaftlicher Herstellung die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile, wie Material- und Gewichtsersparnis sowie verringerter Energieaufwand, gut zum Tragen kommen.In the case of the first practical saturation value of 0.5 to 0.7 T, which is widely accepted in electrical machine construction, when using the invention, a combination of the magnetic fluxes of the permanent magnet and the excited electromagnet in the air gap of electrical machines preferably results in a magnetic induction of 0.8 to 1. 1 T generated, because under these conditions when using conventional ferromagnetic materials and economical production, the advantages that can be achieved by the invention, such as material and weight savings and reduced energy expenditure, come into play well.

Claims

1. Electric device or machine having at least one magnet arrangement comprising an electromagnet (1) and a permanent magnet (2), wherein the permanent magnet (2) with its pole faces abuts the core (4, 5, 6) of the electromagnet (1) on both sides of the coil (3) of the electromagnet, and the end portions of the core of the electromagnet form or support the pole pieces (7, 8) of the magnet arrangement and wherein with respect to the energized state of the electromagnet the poles (N, S) of the permanent magnet are adjacent the like poles of the electromagnet, characterized in that the permanent magnet (2) with its poles faces abuts the core (4, 5, 6) in the vicinity of the ends of the latter, that the reluctance along the path of the lines of force between the pole faces of the magnet arrangement at the air gap (10, 11) and the permanent magnet (2) is only a fraction of the reluctance along the path of the lines of force in the yoke (4) of the electromagnet (1) between the abutting ends of the permanent magnet (2), that the maximum value of the energizing current of the electromagnet (1) is sufficient but not greater than necessary for reaching the first practical saturation value of flux density, corresponding to the knee of the curve of normal magnetization, in the pole ends of the core (4, 5, 6) of the magnet arrangement in the absence of the permanent magnet (2), and that the cross-section of the pole pieces (7, 8) is smaller than the sum of on the one hand the cross-section which were necessary for conducting the magnetic flux of the fully energized electromagnet (1) alone an on the other hand the cross-section which were necessary for conducting the magnetic flux of the permanent magnet (2) alone at the first practical saturation value.

2. Device or machine as claimed in claim 1, characterized in that the cross-section of the pole pieces (7, 8) or the end portions of the core, resp., of the electromagnet (1) has such a size that at full energization of the electromagnet (1) the double amount of the flux density of the first practical saturation value, corresponding to the knee of the curve of normal magnetization, occurs.

3. Device or machine as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the energizing current of the electromagnet (1) is periodically variable between zero and a maximum value, preferably switched on and off.

4. Device or machine as claimed in claim 1, 2 or 3, characterized in that in the absence of the permanent magnet (2) and with the electromagnet (1) fully energized the flux density in the air gap is 0.5 to 0.7 T.

5. Device or machine as claimed in any one of claims 1 to 4, characterized in that the cross-section of the pole pieces (7, 8) is equal to or less than two thirds and greater than one third, preferably two thirds, of the sum of the cross-sections.

6. Device or machine as claimed in any one of claims 1 to 5, characterized in that the cross-section of the yoke (4) of the electromagnet (1) carrying the coil (3) is in magnetic respects adapted to the cross-section of the permanent magnet

(2) so that the yoke (4) of the de-energized electromagnet (1) is saturated by the magnetic flux of the permanent magnet (2) approximately at the first practical saturation value, corresponding to the knee of the curve of normal magnetization.

7. Device or machine as claimed in any one of claims 1 to 6, characterized in that when in operation the electromagnet (1) is energized to supply a magnetic flux which is about equal to the magnetic flux of the permanent magnet (2).

8. Device or machine as claimed in any one of claims 1 to 7, characterized in that the length of the path of the lines of force between the pole faces of the magnet arrangement at the air gap (10, 11) and the permanent magnet (2) is only a fraction of the length of the path of the lines of force in the yoke (4) of the electromagnet (1) between the abutting ends of the permanent magnet (2).

9. Device or machine as claimed in claim 8, characterized in that the ratio of lengths of both said paths of the lines of force is less than 1 : 10, preferably less than 1 : 20.

10. Device or machine as claimed in any one of claims 1 to 9, characterized in that the magnet arrangement (54-58; 59-66) is part of an electric motor.

11. Device or machine as claimed in any one of claims 1 to 9, characterized in that the magnet arrangement (70, 71, 72) is part of a magnetic separator which has a considerable magnetizable surface at the air gap within a receptacle (67) designated for the throughput of a fluid loaded with matter to be separated therefrom.

12. Device or machine as claimed in claim 11, characterized in that the magnetizable surface is connected to, or is part of, the poles bordering upon the air gap of the magnet arrangement (70, 71, 72).