2 Opublikowano dnia 26 stycznia 1959 r- fQ2»f, n POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Hb Nr 41674 U^OC KI. 46 c3,^4 VEB Fahrzeugelektrik Karl-Marx-Stadt Karl-Marx-Stadt, Niemiecka Republika Demokratyczna Magneto zaplonowe lub oswietleniowe do silników spalinowych Patent trwa od dnia 24 maja 1956 r.Wynalazek niniejszy dotyczy magneta zaplo¬ nowego lub oswietleniowego do silników spa¬ linowych z obrotowym lub nieruchomym twor- nikiem, w którym indukowany strumien ma¬ gnetyczny jest wytwarzany przez magnesy sta¬ le.W konstrukcji przyrzadów elektrycznych wszelkiego rodzaju, wyposazonych w magnesy stale, dazy sie zawsze do optymalnego wyko¬ rzystania magnesów, a mianowicie, azeby w samym przyrzadzie wymiary magnesów byly jak najmniejsze, gdyz przewaznie wykonuje sie je ze stopów o stosunkowo duzej zawarto¬ sci procentowej drogich i deficytowych sklad¬ ników, jak np. nikiel, kobalt itd.Wymagania, dotyczace optymalnego wykorzy¬ stania tworzywa magnesów stalych, narzucaja sie w konstrukcji magneta zaplonowego lub oswietleniowego ze znacznie wieksza sila, gdyz, jak wiadomo, w tym przyrzadach opór magne¬ tyczny obwodu podczas dzialania przyrzadu stale sie zmienia i to od wartosci najmniejszej, równowaznej prawie zwarciu magnetycznemu, do wartosci opornosci otwartego obwodu ma¬ gnetycznego. Ponadto jest wiadomym, ze chara¬ kterystyki odmagnesowania materialów mag¬ netycznych, stosowane do konstrukcji magne¬ ta zaplonowego lub oswietleniowego, sa krzy¬ we. Wskutek tego we wszystkich tych two¬ rzywach wystepuja znaczne odchylenia starej przenikalnosci od krzywych odmagnesowania.Z krzywej, ustalajacej sie podczas pracy ma¬ gneta zaplonowego, traktowanej jako linia prosta która przy danym tworzywie magne¬ tycznym jest nachylona pod pewnym katem wzgledem stycznej do krzywej odmagnesowa¬ nia, wynika, ze stosujac takie magnesy, nie mozna osiagnac optymalnego wykorzystania w budowie magneta zaplonowego; stan rzeczy jest raczej taki, ze zuzycie materialu magne¬ tycznego jest znaczne, gdy do magneta stosuje sie magnesy, w których kat miedzy krzywa odmagnesowania i stala przenikalnoscia jest duzy.W przypadku stosowania tworzyw magne¬ tycznych o duzej zawartosci procentowej cen-nych skladników metalicznych znaczne zuzy¬ cie materialu magnetycznego jest dotkliwa wa¬ da ekonomiczna firzadogn zaplonowych.Z krzywych odmagnesowania znanych sto- *pów magnetycznych o duzej wartosci (BH),^ latwo zauwazyc, ze ze wzrostem wartosci (BH)maX wzrasta zakrzywienie krzywej od¬ magnesowania. Z powyzszego wynika, ze two¬ rzywa te pod wzgledem wykorzystania w spe¬ cjalnym przypadku magneta zaplonowego ua niekorzystne, poniewaz stala przenikalnosc jest w znacznym stopniu zalezna od tego zakrzy¬ wienia. Wskutek tego od dolnej granicy za¬ kresu roboczego (otwarty obwód magnetyczny) az do górnej granicy tego zakresu (prawie zwarcie magnetyczne) wystepuje znaczny spa¬ dek magnesowania. Ten znaczny spadek mu¬ si byc juz z góry uwzgledniony przy projekto¬ waniu magnesu stalego do magneta zaplono¬ wego tak, iz bardzo wzrastaja wymagania co do objetosci starego magnesu. Z powyzszego wynika, ze (BH)max przy jednoczesnym zna¬ cznym zakrzywieniu krzywej odmagnesowania nigdy nie moze byc osiagnieta w magnesach stalych do magneta zaplonowego. Wartosc BH przy górnej granicy spada do okolo 50% war¬ tosci (BH)max. Nalezy równiez zaznaczyc, ze w miare wzrastania zakrzywienia krzywej od¬ magnesowania nastepuje coraz wieksze odchy¬ lenie stalej przenikalnosci od zewnetrznej krzy¬ wej odmagnesowania. Polozenie górnej granicy zakresu roboczego tworzywa magnetycznego jest okreslone przez budowe obwodu magne¬ tycznego. Szczeliny powietrzne, powstajace przy laczeniu magnesów stalych z czlonami po¬ srednimi, graja zasadnicza role. W tworzy¬ wach magnetycznych, w których krzywa od¬ magnesowania jest mocno zakrzywiona, okre¬ slony jest przez to spadek magnesowania. W praktycznym wykonaniu magnet zaplono¬ wych, w których tworzywa magnetyczne maja zakrzywiona krzywa odmagnesowania, jest ko¬ nieczne, aby powierzchnie rozdzialu miedzy magnesem i czlonami posrednimi byly doklad¬ nie plaskie wzglednie dobrze do siebie paso¬ waly, co wymaga znacznego nakladu pracy przy szlifowaniu i inna obróbke skrawania.Wreszcie, stosujac tworzywa magnetyczne o zakrzywionej krzywej odmagnesowania, trzeba sie liczyc ze szczególna wada, wynikajaca stad, ze, np. podczas transportu takich przyrzadów lub przy ich magazynowaniu wystepuje wza¬ jemne odmagnesowanie. Równiez w przypadku robót naprawczych, które w magnetach zaplo¬ nowych i oswietleniowych graja zasadnicza role, wystepuja przy rozbieraniu przyrzadów zjawiska odmagnesowania, gdy w magnecie zastosowano omówione wyzej magnesy.Wynalazek niniejszy polega na stwierdzeniu, ze w konstrukcji magneta zaplonowego lub oswietleniowego do silników spalinowych moz¬ na uzyskac optymalne wykorzystanie tworzywa magnetycznego i znacznie mniejsze zuzycie ta¬ kiego tworzywa, stosujac tylko takie tworzywa magnesu stalego, w których wedlug wynalazku stosunek nachylenia zewnetrznej krzywej odma¬ gnesowania m w punkcie (BH)max do nachyle¬ nia stalej przenikalnosci p.p, tzn. — = 1 do 1,25.Z powyzszego stosunku wynika przede wszyst¬ kim to, ze potrzebne sa tworzywa magnetycz¬ ne, których krzywa odmagnesowania jest linia prosta lub linia lekko zakrzywiona, przy czym stwierdzono, ze pod wzgledem zuzycia mate¬ rialu wartosc ™- = 1,25 lezy na zewnetrznej VP granicy i moze byc jeszcze uwzgledniona w konstrukcji magneta zaplonowego.Wartosc, przekraczajaca 1,25, pozwala stwier¬ dzic na podstawie wlasnosci, wzglednie danych magnetycznych, ze BH na górnej prostej krzy¬ wej roboczej spada ponizej wartosci (BH)max w takim stopniu, iz stosowanie takich magne¬ sów stalych w magnetach zaplonowych przy¬ czynia sie do wystapienia wszystkich, omówio¬ nych wyzej wad, i wobec tego nie daje rekoj¬ mi wydajnej i ekonomicznej budowy urzadzen zaplonowych do silników spalinowych.Na rysunku fig. 1 przedstawia z lewej strony wykres charakterystyki odmagnesowania róz¬ nych magnesów stalych, z prawej zas strony odpowiednie wartosci BH. Na wykresie uwzgledniono nastepujace, tworzywa magnety¬ czne: 1 — alnico V, 2 — alni XII, 3 — alni 120 i 4 — oksydowy magnes staly o natezeniu ko- ercyjnym 1800 erstedów i natezeniu szczatko¬ wym 2000 gausów.Duza wartosc (BH)max magnesu 1 wynika nie tylko z duzej wartosci natezenia szczatko¬ wego i natezenia koercyjnego lecz równiez ze znacznego zakrzywienia jego krzywej odmag¬ nesowania. Stosunek — dla tego tworzywa magnetycznego wynosi w zakresie (BH)max okolo 10,3. Stosujac taki magnes do budowy magneta i dopuszczajac spadek BH na krzy¬ wej odmagnesowania, wynoszacy 10% (BH)^ dopuszcza sie tym samym, ze proste oporów magnetycznych a i b, ograniczajace zakres ro¬ boczy, przechodza przez punkty A i B. Prosta oporu a odpowiada polozeniu roboczemu mag¬ nesu, a prosta b — obwodowi otwartemu. Gdy — 2 —magnes przechodzi z obwodu otwartego B znów w polozenie obwodu zamknietego, to stan ma¬ gnetyczny magnesu nie przebiega wzdluz krzy¬ wej odmagnesowania do punktu A lecz wzdluz szczatkowej krzywej (stala przenikalnosc) do punktu A\ Energia uzyteczna w tym punkcie wynosi odpowiednio do iloczynu wspólrzed¬ nych punktu tylko 47,8% wartosci (BH)max, Z powyzszego oblicza sie objetosc magnesu ponad dwa razy wieksza od objetosci, jakiej byloby mozna oczekiwac na podstawie warto¬ sci (BH)max. W wiekszosci magnet zaplono¬ wych warunki sa takie, ze opór obwodu otwar¬ tego jest tak duzy, iz dolna granica robocza b spadlaby jeszcze wiecej. Aby tego uniknac, na¬ lezy opór obwodu magnetycznego sztucznie zmniejszac.Strumien, wynikajacy z tego zmniejszanego oporu, jest czesciowo stracony równiez w sta¬ nie roboczym a. Dla wyrównania tych strat potrzebne jest dalsze zuzycie tworzywa mag¬ netycznego.W tych samych warunkach dla magnesów 2 i 3 wynika spadek energii uzytecznej do 53,5% lub 53,lVo wartosci (BH)max.Gdy taka sama konstrukcje wykona sie przy zastosowaniu magnesu stalego o wartosciach np. 1800 Oe, oraz 2000 G, dla którego krzywa odmagnesowania stanowi prosta oraz —- = 1, to otrzymuje sie dopuszczalny spadek energii o 10%, gdyz A* = A, tzn. stala przenikalnosc spada 'równoczesnie z krzywa odmagnesowa¬ nia. Wykorzystanie na 100% osiaga sie jednak wtedy, gdy prosta oporu a przechodzi przez punkt (BH)max. Punkt b przesuwa sie wów¬ czas do punktu bi w dól, co jednak jest bez znaczenia, gdyz oznacza to otwarty obwód.Poniewaz jednak ten punkt nie wywiera wply¬ wu na dzialanie urzadzenia zaplonowego, istnieje przeto mozliwosc zaprojektowania optymalnego obwodu magnetycznego dla stanu roboczego, nie zwracajac uwagi na obwód otwarty, tzn. ze rozproszenie w .stanie robo¬ czym jest bardzo male, a strumien rozprosze¬ nia jest wykorzystany jako strumien uzytecz¬ ny.Na fig. 2 przedstawiono magneto zaplonowe, w którym zastosowano reguly ustalania wy¬ miarów w sposób, omówiony wyzej. Magnes staly tego magneta posiada prosta krzywa od¬ magnesowania wedlug wykresu, przedstawione¬ go na fig. 1. Prosta oporowa przechodzi przy tym przez punkt (BH)max. Stosunek nachylenia zewnetrznej krzywej odmagnesowania w punk¬ cie (BH)max do nachylenia stalej przenikalno- sci — = 1. W tym przykladzie wykonania magnes zaplonowy sklada sie z zelaznej, tar¬ czy zamachowej 25, nalozonej na wal karbowy silnika. Na tarczy zamachowej 25 jest zamoco¬ wany magnes staly 26 za pomoca srub 27 lub w inny sposób, przy czym w tym przypadku biegun pólnocny N magnesu stalego lezy na ze¬ laznej tarczy zamachowej 25. Na calej stronie bieguna magnesu stalego 26 jest umieszczony wycinkowy" nabiegunnik zelazny 28, który za pomoca srub mocujacych 27 jest przykrecony wraz ze stalym magnesem 26 do tarczy zama¬ chowej 25. Nabiegunnik 28 wraz z biegunem S magnesu stalego 26 tworzy na swych zewnetrz¬ nych czesciach SI, Sil dwa jednoimienne bie¬ guny wzglednie krawedzie biegunowe. Poje¬ dynczy biegun magnetyczny N magnesu jest wlaczony za posrednictwem zelaznej tarczy zamachowej 25 miedzy jednoimiennymi biegu¬ nami lub krawedziami biegunowymi SI, Sil i ustawiony w polozenie robocze. Strzalki x wskazuja przebieg linii sil w biegunie 29 po¬ miedzy krawedziami biegunowymi SI, Sil.W obszarze biegunów 29, SI i Sil znajduje sie jarzmo 32 z biegunami 30, 31, na którym jest nalozona cewka zaplonowa 33. Przerywacz 34, jak zaznaczono schematycznie oraz kciuk 35 przerywacza sa umieszczone w znany sposób wewnatrz tarczy zamachowej 25.W konstrukcji tego magneta zaplonowego z tarcza zamachowa o mozliwie malej srednicy, jak to, np. jest wymagane w przypadku mag¬ neta zaplonowego do malych motocykli, mag¬ nes staly, umieszczony na malej tarczy, jest obliczony na zasadzie cechy znamiennej wy¬ nalazku, tzn. przy zastosowaniu magnesu sta¬ lego o stosunku -5L = 1 tak, iz jest mozliwe konstrukcyjne wykonanie magneta zaplonowe¬ go, który przy malych wymiarach urzadzenia zapewnia optymalne wykorzystanie obwodu magnetycznego. Oprócz tego w tej postaci wy¬ konania widac wyraznie, ze miedzy stalym magnesem i tarcza zamachowa z jednej strony oraz stalym magnesem i nabiegunnikiem z dru¬ giej strony musza powstawac znaczne szczeli¬ ny powietrzne, gdy srednice pow*erzchni nie sa dokladnie do siebie dopasowane, co byloby moz¬ liwe tylko przy zachowaniu waskich tolerancji.Wymagaloby to jednak znacznego nakladu ob¬ róbki mechanicznej. W tym przypadku jednak mozna poniechac utrzymania waskiej szczeliny powietrznej gdyz wieksze szczeliny powietrzne, jak równiez ich róznice nie wywieraja zasad¬ niczego wplywu na magnes staly. PL