NL7907310A

NL7907310A - Magnetische verankeringsinrichting.

Info

Publication number: NL7907310A
Application number: NL7907310A
Authority: NL
Original assignee: Cardone Magneto Tecnica
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1980-04-09
Also published as: DE2940212C2; JPS5554151A; IT1099799B; FR2438326B1; NL188032C; NL188032B; FR2438326A1; BE879209A; BR7906445A; ES484765A1; GB2038560A; JPS6335370B2; US4356467A; DE2940212A1; GB2038560B; IT7828502A0

Description

1 1

Hr -4 MAGNETO TECNICA di Cardone Michele & C., te Milaan, Italië.

/ S.n.c.

Magnetische verankeringsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een magnetische inrichting voor het verankeren van kleine of grote ijzerhoudende onderdelen, welke inrichting kan worden gebruikt zowel als een magnetisch opspanorgaan voor machinegereedschappen en voor het heffen van eenheden 5 door middel van geschikte hef- en geleidingsinrichtingen.

Algemeen bekende magnetische verankeringsinrichtingen hebben een magnetische keten, zo ontworpen, dat verscheidene lekbanen voor de magnetische flux aanwezig zijn met een resulterende aanzienlijke vermindering in de verankeringskracht van een eenheid. Dit is in het 10 bijzonder het gevolg van het feit dat men bij zulk een bekende inrichting het uitwendige deel van het ijzerjuk gebruikt als een unipolaire flux-geleider evenals voor een component van het werkgebied, namelijk als een deel van het magnetische oppervlak voor het verankeren van de onderdelen.

Bij het optreden van betrekkelijk geringe veldkrachten vertoont weekijzer 15 een aanzienlijke concentratie-capaciteit voor de magnetische flux in vergelijking met die van een bestaande permanente magneet of een vrije spoel. Gegeven de geometrische verhouding bestaande tussen de magnetische fluxdichtheid en de mechanische "kracht" F = B2x4 (B is de inductie), 100 is het duidelijk, dat het noodzakelijk is magnetische verankeringsketens 20 te vormen, waarin de inductie van de magnetische kern of kernen wordt gevoerd en geconcentreerd naar het werkpunt door geschikte "weke" ferro-magnetische geleiders (geringe aanwezigheid van koolstof en niet-gelegeerd staal).

Deze geleiders bepalen in hun gemonteerde toestand 25 het ijzerjuk van de magnetische keten. Het ijzerjuk is echter aan de ene kant onmisbaar voor het verkrijgen van een bepaalde concentratie van "kracht" in het werkgebied, maar zal aan de andere kant een bepaalde hoeveelheid van de magnetische flux verstrooien langs ongewenste banen.

7907310 2 i ·5

De berekening van de verstrooide fluxen is buitengewoon ingewikkeld en onzeker. Constructeurs van magnetische inrichtingen van bovengenoemde soort voeren daarom een correctief actor K in bij hun berekeningen, met een vermindering van de inrichting, welke in de praktijk varieert tussen 5 30% en 70% van de magnetische inductie, theoretisch beschikbaar in het werkgebied.

De uitvinding heeft betrekking op een magnetische ver-ankeringsinrichting van de bovenaangegeven soort, waarbij de magnetische keten daarvan is ontwórpen op zodanige wijze, dat de verstrooide flux 10 aanzienlijk wordt verminderd, zodat de verankeringskracht wordt vergroot. Dit is het gevolg van een speciale soort van magnetische keten, welke optimum geleiding en concentratie van de flux verzekerd, die wordt geleverd door een gegeven hoeveelheid van magneten in het werkgebied.

In het algemeen is volgens de uitvinding een magnetische 15 verankeringsinrichting gevormd, waarbij de poolschoenen worden gevoed door magnetische kernen en een werkoppervlak bepalen voor een te verankeren ferromagnetische eenheid. De uitvinding wordt gekenmerkt door het feit, dat tenminste twee poolschoenen aanwezig zijn, gemaakt van ferro-magnetisch materiaal voor het bepalen van het bovengenoemde werkopper-20 vlak, welke worden gevoed door een magnetische hoofdkern, waarvan de polen tegengestelde polariteit hebben en zijn geplaatst tussen de bovengenoemde poolschoenen en respectievelijk door secundaire magnetische kernen, waarvan de polen gekeerd naar een respectievelijke poolschoen, dezelfde polariteit vertonen als de overeenkomende pool van de hoofdkern, 25 met verder de toevoeging van een uitwendige ferromagnetisch juk, dat de resterende polen van de ene polariteit, van de secundaire kernen van de ene poolschoen kortsluit met de resterende polen van de tegengestelde polariteit, van de secundaire kernen van de andere poolschoen.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening in het 30 volgende nader worden toegelicht.

Fig. 1 is een bovenaanzicht van een vereenvoudigde uitvoering van de inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede volgens de lijn 2-2 van fig. 1 van de inrichting in zijn werktoestand.

35 Fig. 3 is een doorsnede overeenkomend met die van fig. 2, 7907310 *·' ·* 3 van een verdere uitvoering waarbij de inrichting in zijn niet-werkende toestand is.

Fig. 4 toont een vergelijkingsdiagram met betrekking tot de val van de mechanische kracht, bij aanwezigheid van een variabele 5 luchtspleet.

Hoewel de uitvinding zal worden beschreven aan de hand van fig. 1 en 2 als een algemeie oplossing, zal het duidelijk zijn dat wijzigingen binnen het kader van de uitvinding mogelijk zijn.

Met de uitdrukking "magnetische kernen" worden zowel elektromagnetische 10 kernen als permanentmagnetische kernen bedoeld.

In zijn meest algemene vorm is de inrichting gemaakt uit tenminste een eerste poolschoen 1, gemaakt van ferromagnetisch materiaal en tenminste een tweede poolschoen 2, gemaakt van ferromagnetisch materiaal, zijwaarts verplaatst en evenwijdig opgesteld ten opzichte 15 van de eerste poolschoen. De twee poolschoenen 1 en 2, welke bij-het onderhavige voorbeeld de vorm hebben van een parallellopipedum bepalen met hun bovenvlakken 3 en 4, respectievelijk een werkgebied of werk-oppervlak, waaraan een algemeen onderdeel 5 van ijzerhoudend materiaal kan worden verankerd.

20 Tussen de twee poolschoenen 1 en 2 is een magnetisch hoofdelement 6 geplaatst met zijn polarisatie-as gericht naar de bedoelde poolschoenen, op zodanige wijze dat een pool, bijvoorbeeld zijn zuidpool hetzij in aanraking is met of gericht naar een zijoppervlak van een van de poolschoenen, in dit geval de poolschoenl1, terwijl de andere 25 noordpool in contact is met of gericht naar het respectievelijke zijoppervlak van de andere poolschoen 2.

Behalve de hoofdvoedingsmagneet 6 geplaatst tussen de poolschoenen 1 en 2, omvat de inrichting voor elke poolschoen enige verdere secundaire magnetische elementen, algemeen aangegeven met 7, 30 waarbij de magnetiseringsas van elk is gericht naar een bijbehorend zijoppervlak van de bovengenoemde poolschoen. In hetüjzonder moet de opstelling van de secundaire magnetische elementen 7 zodanig zijn, dat indien het werkoppervlak van de inlichting in werking is gesteld, de polen van de secundaire magnetische kernen gekeerd naar of indirect 35 contact met een van de poolschoenen 1 en 2, allemaal dezelfde polariteit 7907310

4 V

4 hebben als de betreffende pool van de magnetische hoofdkern-6. Aldus zullen als de inrichting in zijn werktdiestand is, de twee poolschoenen polariteiten van tegengesteld teken aannemen.

Verder omvat de inrichting een uitwendige ferromagne-5 tisch juk, algemeen aangegeven met 8, dat de resterende polen van de secundaire kernen 7 met de ene polariteit, namelijk de tegengestelde polenimet 'ietrekking tot die gekeerd naar de genoemde poolschoen, kortsluit met de resterende polen met tegengestelde polariteit met betrekking tot de eerstgenoemde, van de secundaire kernen 7 van de 10 andere poolschoen.

In het bijzonder omvat de inrichting volgens het voorbeeld van fig. 1 en 2 een ferromagnetisch juk 8, bestaande uit een basis 9 en omtrekswanden 10, 11, 12 en 13, loodrecht geplaatst op de basis 9, waaraan zij zijn bevestigd door middel van bijvoorbeeld geschikte 15 bouten (niet getekend). De twee poolschoenen 1 en 2 zijn geplaatst loodrecht op de basis 9 binnen de omtrekswanden, terwijl het magnetische hoofdelement 6 is geplaatst tussen de bovengenoemde poolschoenen. Volgens fig. 1 is een eerst secundaire magneet 14 respectievelijk 15 geplaatst tussen de basis 9 van het ferromagnetische juk en elke poolschoen 1, 2, 20 waarbij de magnetiseringsas van elke magneet evenwijdig is aan of samenvalt met de as van de poolschoen zelf. Enige verdere secundaire magneten 16, 17, en 18 voor de poolschoen 1 respectievelijk 19, 20, 21 voor de poolschoen 2, zijn aangebracht tussen de zijoppervlakken van de poolschoenen 1 en 2 en de betreffende binnenoppervlakken van de omtrekswanden 10, 11, 25 12 en 13 van het bovengenoemde ferro-magnetisch juk.

Beschouwt men de speciale opstelling van de secundaire magnetische kernen 16, 17, 18, 19, 20 en 21, dan is de magnetische as daarvan evenwijdig aan de basis 9 en aangezien de secundaire magnetische componenten van elke poolschoen hun gelijknamige polen aanbieden in 30 contact met laatstgenoemde, welke de tegengestelde polariteit heeft als de gelijknamige polen van de secundaire magnetische componenten overeenkomend met de andere poolschoen 2, blijkt dat de secundaire magnetische componenten van de ene poolschoen in serie zullen zijn met de magnetische kernen van de andere poolschoen omdat de omtrekswanden van het ferromagne-35 tische juk zullen werken als een verbindingsbrug tussen de bovengenoemde 7907310 * -* 5 magnetische kernen. Hetzelfde geldt voor de secundaire magnetische kernen 14 en 15/ welke in serie zullen zijn via de basis 9. Neemt men daarom aan, dat de magnetische inductie van de secundaire magnetische kernen 14, 16, 17 en 18 gelijk is aan de magnetische inductie gelev-erd 5 door de secundaire kernen 15, 19, 20 en 21, en dat de doorsnede van het magnetische juk voldoende is voor het geleiden van de gevormde magnetische flux, zal het resultaat een uitwendig ferromagnetisch juk 8 zijn, dat volkomen neutraal is in elk punt van zijn oppervlak, aangezien zijn polarisatie noord is en wordt gebalanceerd door een 10 zuidpolarisatie, welke gelijk is aan en tegengesteld aan de voorgaande.

Ofschoon in het voorbeeld van fig. 1 de poolschoenen 1 en 2 zijn aangegeven als uitstekend ten opzichte van het ferromagnetische juk, kunnen in feite de zijwanden daarvan zelfs zich uitstrekken om hetzelfde niveau te bereiken als het verankeringsoppervlak, bepaald door 15 de genoemde poolschoenen, aangezien zij neutraal zijn.

Het eindresultaat van zulk een constructie van de magnetische keten van de beschreven inrichting levert een geforceerde geleiding van de flux en een hoge concentratie van de magnetische inductie geleverd door alle kernen in het werkgebied van het verankerings-20 oppervlak. Op basis van uitgevoerde proeven ziet men, dat onder zulke omstandigheden de correctiefactor K tenopzichte van de verhouding tussen theoretische inductie en bruikbare inductie, niet groter is dan een verkrijging van 15% in tegenstelling tot een correctiefactor, welke bij een bekende inrichting zelfs 70% kan bereiken. Gegeven dus dezelfde 25 hoeveelheid en kwaliteit van het gebruikte magnetische materiaal, vormt de magnetische inrichting volgens de uitvinding een mechanische verankeringskracht van het onderdeel 5, welke tenminste 50% is gelegen boven die, welke kan worden verkregen door middel van een bekende magnetische keten.

30 De relatieve toename in magnetische kracht neemt toe met de toename van reluctantie bij het sluiten van het magnetische veld tussen het werkoppervlak en het te verankeren onderdeel (minder dan perfect contact ten gevolge van vervormingen, onzuiverheden, niet-magnetische beschermingslagen, enz.).

35 In feite veroorzaakt bij gebruikelijke magnetische ketens 7907310 «r » 6 de toename van zodanige reluctantie, als gevolg van de toename in de lucht spleet, een evenredige toename· in de afmetingen van de lek van fluxdichtheid, volgens de wet van de gemakkelijkste weg. Het resultaat is een kracht-verlies van een exponentiele soort.

5 Aan de andere kant zal bij de magnetische keten volgens de uitvinding de toename van de luchtspleet evenals van de reluctantie van het werkoppervlak een lineaire afname van de kracht veroorzaken vanwege de bijna volledige afwezigheid van lekwegen.

In feite zijn de poolschoenen 1 en 2 de enige "weke" 10 ferromagnetische delen van de keten, welke worden gevoed door unipolaire magnetische bronnen. Aangezien zij op alle niet-werkende zijden zijn voorzien van magnetisch actief materiaal, vormen zij geen aanzienlijke lekwegen.

Het ferro-magnetische juk 8 vormt evengoed geen magnetische 15 lekweg, aangezien het wordt gevoed door gelijke en tegengestelde magnetische krachten (dubbel gepolariseerd). Opnieuw wordt opgemerkt, dat volgens de wet van de gemakkelijkste weg, het correct balanceren van de twee voedingskrachten N en S van het juk elke mogelijkheid tot lek uitsluit.

20 Fig- 4 toont het verloop van de val in mechanische verankeringskracht F (uitgedrukt als een percentage) bij de aanwezigheid van een variabele luchtspleet T (in cm). In het bijzonder heeft de kromme A, welke een praktisch rechtlijnig verloop heeft, betrekking op de magnetische keten volgens de uitvinding, terwijl de kromme B betrek-25 king heeft op een bekende magnetische keten bestaande uit een magneet” omsloten door twee zijwaartse poolschoenen, en de kromme G betrekking heeft op een bekende magnetische keten, voorzien van drie poolschoenen, waarbij de twee uitersten zijn verbonden door een basisring. De krommen werden proefondervindelijk gevonden, door middel van proef-30 inrichtingen, waarin magnetische kernen werden gebruikt met constante magnetische afmetingen en eigenschappen, evenals ijzerjukken, verkregen uit materiaal met constante en homogene eigenschappen. In het bijzonder vertoont de kromme A een kleinere specifieke val van de kracht bij variaties in de luchtspleet, door welk kenmerk het mogelijk is, met 35 de-zelfde hoeveelheid magnetisch materiaal als gebruikt voor de kromme 7907310 ér -i 7 B en de kromme C, een werkkracht te verkrijgen, welke over 50-70% groter is voor luchtspleten tussen 0,2-0,5 cm.

Tot zover is het verankeringsoppervlak van de inrichting beschouwd om permanent te zijn geactiveerd. Het zal daarom nodig zijn 5 permanent magnetische kernen te gebruiken, gemaakt van materiaal geschikt voor het doel waarvoor de bepaalde inrichting is ontworpen. Het is duidelijk, dat in dit geval het losnemen van het onderdeel 5 slechts mogelijk zal zijn door het overwinnen van de kracht, welke de eenheid zelf verankerd houdtaan de inrichting.

10 Wanneer de te verankeren eenheden van aanzienlijk gewicht zijn, zijn aanzienlijke verankeringskrachten vereist en in het geval van speciale toepassingen, welke het uitschakelen van de inrichting vereisen voorafgaand aan het afnemen van een onderdeel 5, is het mogelijk elektromagnetische kernen te gebruiken in-plaats van de tot nu genoemde 15 permanent magnetische kernen.

Een andere oplossing ziet men in fig. 3, welke een soortgelijke doorsnede toont als die van fig. 1. Ook in het geval van fig. 3 worden de magnetische hoofdkern 6 en de secundaire magnetische kernen, als geheel aangegeven met 7, gevormd door permanente magneten.

20 Het inschakelen en afschakelen van het magnetische verankeringsoppervlak kan geschieden bij-voorbeeld door het omkeren van de polariteit van de magnetische kern 6 of van enige secundaire kernen 7. Het omkeren van de polariteit van de poolcomponenten kan plaats vinden op elke geschikte wijze, bijvoorbeeld door een eenvoudige rotatie van 180° van de kern 25 of van de bovengenoemde magnetische kern, rond een as loodrecht op de magnetiseringsas van de magneet zelf.

Een andere mogelijke oplossing vereist het toepassen van omkeerbare magnetische kernen, namelijk permanent magnetische kernen, waarvan de polarisatierichting kan worden omgekeerd zonder beschadiging 30 van de resterende niet-omkeerbare magneten, werkend door middel van een elektromagnetisch veld van geschikte sterkte en met een richting tegengesteld aan die van de magneet, welke moet worden omgekeerd. Dit magnetische veld kan worden opgewekt bijvoorbeeld door een wikkeling rond de magnetische kern, die moet worden omgekeerd, aangegeven met 35 22 en 23 voor de secundaire magnetische kernen 14 en 15 in fig. 3.en 7907310 8 welke wordt gevoed in een richting met een gegeven stroomimpuls geschikt voor het veroorzaken van een semi-hysteresis, bijvoorbeeld voor het afschakelen van de magnetische inrichting, wanneer hij wordt gevoed door een stroomimpuls in de tegengestelde richting als de voorafgaande 5 voor het inschakelen of het opnieuw inschakelen van de bovengenoemde inrichting.

De ingeschakelde en uitgeschakelde toestanden van zulk een inrichting zijn aangegeven door het verloop van de gestippelde fluxlijnen in fig. 2 en 3 respectievelijk. In de ingeschakelde toestand 10 volgens fig. 2 is het mogelijk dat de baan van de fluxlijnen sluit door de poolschoenen 1 en 2 en het te verankeren onderdeel 5. Aan de andere kant sluiten in de uitgeschakelde toestand volgens fig. 3 de fluxlijnen langs inwendige banen, welke slechts behoren tot het ferromagnetische juk 8. Het is duidelijk, dat de inwendige banen 15 van de flux voor het uitschakelen van de inrichting onderhevig zullen zijn aan variaties in verband met de getekende figuren, in overeenstemming de positie en de keuze van de omkeerbare kernen.

Uit de bovenstaande toelichtingen zal het duidelijk zijn, dat een magnetische verankeringsinrichting is gevormd van: 20 de soort als bovenaangegeven, waarbij de magnetische basisketen wordt gekenmerkt door een magnetisch verankeringsoppervlak, bepaald door de twee poolschoenen in ferromagnetisch materiaal, welke elk worden gevoed door magnetische kernen welke, wanneer de inrichting in werking is, hun polen hebben gekeerd naar de poolschoen zelf en 25 allemaal dezelfde polariteit hebben, maar de tegengestelde polariteit met betrekking tot de polen van de kernen werkend op de andere poolschoen. In elk geval is het belangrijk, dat de waarde van de magnetisch inductie van elke kern werkend op een poolschoen, gelijk is aan de waarde van de inductie geleverd door de overeenkomende kern 30 werkend op de andere poolschoen.

Gaat men uit van een rechthoekige constructie van de magnetische keten zoals aangegeven in fig. 1, dan is het mogelijk grote verankeringsoppervlakken te verkrijgen eenvoudig door het vermenigvuldigen of vergroten van het aantal basisketens.

35 7907310 — ·β 9

Buitendien is aangegeven, dat de magnetische inductie van de omkeerbare kern werkend op een poolschoen, gelijk is aan de som van de magnetische inductie geleverd door alle andere kernen werkend op dezelfde poolschoen.

790 7 3 1 0

Claims

1. Magnetische verankeringsinrichting waarbij pool-schoenen worden gevoed door magnetische kernen en een werkoppervlak bepalen waaraan te verankeren ferromagnetische eenheid kan hechten, 5 met het kenmerk, dat tenminste twee poolschoenen aanwezig zijn, gemaakt van ferromagnetisch materiaal, waarbij een zijde daarvan het werkoppervlak vormt en een magnetische hoofdkern waarvan de polen met tegengestelde polariteiten, zijn geplaatst tussen de bovengenoemde poolschoenen, welke laatsten tenminste twee andere zijden gevoed krijgen 10 door secundaire magnetische kernen waarvan de polen gekeerd naar een respectievelijke poolschoen, dezelfde polariteit hebben als de betreffende pool van de hoofdkern, terwijl een uitwendig ferromagnetisch juk aanwezig is dat tenminste drie zijden van de inrichting bepaalt en. de resterende polen van de ene polariteit, van de secundaire kernen van 15 een poolschoen, kortsluit met de resterende polen van tegengestelde polariteit, van de secundaire kernen van de andere poolschoen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de magnetische inductie van een omkeerbare kern werkend op een poolschoen, gelijk is aan de som van de magnetische inductie gevormd 20 door alle andere kernen werkend op dezelfde poolschoen.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de waarde van de magnetische inductie van elke kern werkend op een poolschoen, gelijk is aan de waarde van de inductie geleverd door elk van de andere kernen werkend op dezelfde poolschoen.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de poolschoenen zich uitstrekken voorbij het ferromagnetische juk.

4 J-

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ferromagnetische juk magnetisch neutrale zijwanden heeft welke zich uitstrekken tot aan het niveau van het magnetische verankerings- 30 oppervlak van de inrichting zelf.

6. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het magnetische verankeringsoppervlak kan worden ingeschakeld of uitgeschakeld, met het kenmerk, dat de magnetische kernen elektromagneten zijn.

7. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 35 dat de magnetische kernen permanente magneten zijn, welke dezelfde magne- 790 73 1 0 \ Λ tische aard en eigenschappen hebben.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de magneten permanente magneten zijn welke verschillende magnetische aard en eigenschappen ten opzichte van elkaar hebben.

9. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het werk- oppervlak kan worden ingeschakeld of uitgeschakeld door polariteits-omkering van tenminste een van de magnetische kernen, met het kenmerk, dat de magnetische kern wordt omgekeerd door middel van een rotatie over 180 ° van de kern zelf.

10. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het werk- oppervlak kan worden ingeschakeld of uitgeschakeld door middel van omkering van de polariteit van tenminste een van de permanent magnetische kernen, met het kenmerk, dat de permanent magnetische kern wordt omgeven door een elektrische wikkeling welke wordt gevoed door een 15 stroomimpuls geschikt voor het vormen van een elektromagnetisch veld waarvan de functie die is dat de om te keren kern wordt onderworpen aan semi-hysteresis.

11. Inrichting in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of weergegeven in de tekening. 20 7907310