DE1808900A1 - Elektromagnetische Vorrichtung mit einer wenigstens naeherungsweise linearen Strom-Kraft-Beziehung - Google Patents

Description

EBAUCHES S. A. Neuchatel (Schweiz)

Elektromagnetische Vorrichtung mit einer wenigstens näherungsweise linearen Strom-Kraft-Beziehung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Vorrichtung , bestehend aus einer Spule und einem axial beweglichen Kern, mit einer wenigstens nähe rungs weise linearen Beziehung zwischen der Grosse des Spulenstromes und der auf den Kern ausgeübten Kraft.

Derartige Strom-Kraft-Wandler sind bekannt und werden insbesondere in Messkreisen und dynamometrischen Einrichtungen verwendet, mit denen eine bestimmte Beziehung zwischen dem elektrischen Strom und einer mechanischen Kraft herstellbar ist. Es ist zwar verhältnismässig einfach, die Anordnung derart zu treffen, dass die auf einen Kern ausgeübte Kraft eine monotone Funktion des Stromes

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ist, jedoch bereitet es Schwierigkeiten, eine in den meisten Fällen wünschenswerte, hinreichende Linearität zwischen den beiden Variablen zu erhalten.

Die einfachsten bekannten Vorrichtungen dieser Art bestehen aus einer Spule, in welcher ein Weicheisenkern unter der Wirkung des vom Spulenstrom erzeugten Magnetfeldes axial verschiebbar ist. Die auf den Weicheisenkern ausgeübte Kraft hängt dabei von der im Kern erzeugten Induktion ab, welche jedoch eine nicht-lineare Funktion des Stromes ist, da kein magnetisches Material bekannt ist, dessen Induktion proportional mit dem Magnetfeld variiert. Dieser Nachteil kann weitgehend dadurch ausgeschaltet werden, dass man den Weicheisenkern durch einen Dauermagneten guter Qualität ersetzt, der praktisch durch seine hinreichende Remanenz gesättigt ist und dessen magnetische Permeabilität 14, nahe bei 1 liegt. Die Richtung der auf den Kern ausgeübten Kraft hängt hierbei von der Richtung des Spulenstromes ab, jedoch ist das System nicht symmetrisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Strom-Kraft-Wandler dienende elektromagnetische Vorrichtung derart zu verbessern, dass sie bei einfachem Aufbau eine praktisch lineare Kraft-Strom-Beziehung, und zwar symmetrisch in beiden Strombzw. Kraftrichtungen, aufweist.

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Ausgehend von einer elektromagnetischen Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die Spule eine zentrale Teilwicklung und zwei an deren beiden Enden in axialer Richtung angeordnete und mit dieser elektrisch in Reihe geschaltete äussere Teilwicklungen aufweist, deren Wicklungssinn entgegengesetzt zu dem der zentralen Teilwicklung gerichtet ist , und der Kern aus einem Mittelteil sowie zwei an dessen beiden Enden in axialer

Richtung angeordneten, axial magnetisierten Dauermagneten be- ^

steht, deren Pole entgegengesetzt zueinander gerichtet sind und die sich wenigstens näherungsweise jeweils in Höhe der Verbindungsstellen zwischen der zentralen Teilwicklung und der einen bzw. anderen der beiden äusseren Teilwicklungen befinden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Strom-Kraft-Wandler nach

der Erfindung, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der die zusammengesetzte

Spule bildenden Wicklungen.

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Nach Fig. 1 weist der Wandler eine auf einem Spulenträger 2 angeordnete zusammengesetzte Spule 1, bestehend aus drei Teilwicklungen 3,4 und 5, sowie einen zusammengesetzten Kern 6 auf, der koaxial im Zentrum der Spule 1 angeordnet und axial verschiebbar ist. Die Spule 1 ist derart aufgebaut, dass sich auf beiden Seiten der zentralen Teilwicklung 3 in axialer Richtung die beiden Teilwicklungen 4 und 5 anschliessen, die gemäss Fig. 2 mit der zentralen T eil wicklung 3 elektrisch in Reihe geschaltet sind und eine zu deren Wicklungs richtung entgegengesetzte Wicklungsrichtung haben.

Der zusammengesetzte Kern 6 besteht aus einem Mittelteil 7, an das sich auf beiden Seiten in axialer Richtung je ein axial magnetisierter Dauermagnet 8 und 9 anschliesst, wobei die Pole NS beider Magnete entgegengesetzt zueinander gerichtet sind. Im-betrachteten Beispiel nach Fig. 1 liegen die Nordpole beider Magnete gegenüber und haben einen der Länge des Mittelteils 7 entsprechenden Abstand voneinander. Die magnetischen Feldlinien beider Magnete sind auf Fig. 1 durch gestrichelte Linien 10 veranschaulicht.

Die Lage des Kerns 6 relativ zur Spule 2 ist nach Fig. 1 derart gewählt, dass sich die beiden Dauermagnete in der Höhe der Verbindungsstellen zwischen der zentralen Teilwicklung 3 und der Teilwicklung 4 bzw. der Teilwicklung 5 befinden. Zweckmässigerweise

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sind nach Fig. 1 die drei Teilwicklungen durch entsprechende Trennwände des Spulenträgers 2 getrennt. Wenn der Kern 6 in seiner Ruhestellung wenigstens näherungsweise symmetrisch zur Spule 1 liegt, wie auf Fig. 1 gezeigt, dann durchsetzen die magnetischen Flüsse der beiden Dauermagnete jeweils wenigstens nähe rung sweise zur Hälfte die zentrale Teilwicklung 3 und zur anderen Hälfte die T eil wicklung 4 bzw. 5 , wobei nahezu die gesamten, die zentrale Teilwicklung 3 durchsetzenden, konzentrierten Magnetflüsse, die aus den beiden inneren, gleichnamigen Polen dieser Magnete austreten, durch die eine bzw. andere der beiden äusseren Teilwicklungen 4 bzw. 5 verlaufen. Wenn daher die Spule von einem Strom durchflossen wird, dann übt das Magnetfeld der zentralen Teilwicklung 3, je nach der Richtung des Stromflusses, eine axiale Kraft in der einen oder in der anderen Richtung auf den Kern 6 aus, und zu dieser Kraft addieren sich jeweils die von den beiden äusseren Teilwicklungen auf den Kern ausgeübten, im gleichen Sinne wirkenden Kräfte, da die beiden Magnete des Kerns entgegengesetzt zueinander orientierte Pole haben und die beiden äusseren Teilwicklungen im anderen Sinne als die zentrale Teilwicklung gewickelt sind, so dass deren Magnetflüsse entsprechend in umgekehrter Richtung wirken.

Längs eines ziemlich grossen Verschiebungsweges des Kerns 6 innerhalb der Spule 1 ändert sich der nahezu dem gesamten Flusse entsprechende Anteil des die äusseren Teilwicklungen durchsetzenden Flusses praktisch nicht, zumal bei einer Verschiebung des Kerns

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der sich infolge einer vergrösserten Flussstreuung etwas verringernde Anteil des die eine äussere Teilwicklung durchsetzenden Flusses des einen Magneten durchbilden sich vergrössernden Anteil des die andere äussere Teilwicklung durchsetzenden Flusses des anderen Magnete^ kompensiert wird, so dass eine sehr genaue Linearität zwischen der Grosse des Spulenstromes und der auf den Kern 6 ausgeübten Kraft erzielt wird. So lässt sich mit der elektromagnetischen Vorrichtung nach der Erfindung eine Strom-Kraft-Beziehung erhalten, die innerhalb eines Variationsbereiches der Kraft von 1 - 1000 nur um einige Promille von der exakten Linearität abweicht.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH :

   Elektromagnetische Vorrichtung, bestehend aus einer Spule und einem axial verschiebbaren Kern, mit einer wenigstens näherungsweise linearen Beziehung zwischen der Grosse des Spulenstromes und der auf den Kern ausgeübten Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (1) eine zentrale Teilwicklung (3) und zwei an deren beiden Enden in axialer Richtung angeordnete und mit dieser Λ

   elektrisch in Reihe geschaltete äussere Teilwicklungen (5, 4) aufweist, deren "Wicklungssinn entgegengesetzt zu dem der zentralen Teilwicklung gerichtet ist,und der Kern (6) aus einem Mittelteil (7) sowie zwei an dessen beiden Enden in axialer Richtung angeordneten, axial magnetisierten Dauermagneten (8, 9) besteht, deren Pole entgegengesetzt zueinander gerichtet sind und die sich wenigstens näherungsweise jeweils in Höhe der Verbindungsstelle zwischen der zentralen Teilwicklung (3) und der einen bzw. anderen der beiden aus s er en Teilwicklungen (4, 5) befinden.

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